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Venerdì, febbraio 3, 2023

Come l'agricoltura moderna ha trasformato una pianta selvatica in un'erbaccia problematica

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Waterhemp può ridurre drasticamente i raccolti di mais e soia, come si vede a destra in un campo di mais nella contea di Essex. Credito: Julia Kreiner, Università della British Columbia


Una nuova ricerca ha scoperto che l'agricoltura sta causando rapidi cambiamenti evolutivi non solo nelle fattorie ma anche nelle specie selvatiche nelle aree adiacenti.

Un team internazionale di ricercatori del University of British Columbia ha scoperto come l'espansione dell'agricoltura moderna abbia trasformato una pianta originaria del Nord America, la comune canapa d'acqua, in una dannosa erbaccia agricola.

Lo studio, pubblicato nel Scienza, ha confrontato 187 campioni di canapa d'acqua provenienti da fattorie contemporanee e zone umide adiacenti con oltre 100 campioni storici risalenti al 1820 che erano conservati nei musei di tutto il Nord America. Analizzando la composizione genetica della pianta negli ultimi due secoli, i ricercatori sono stati in grado di osservare l'evoluzione in azione in diversi ambienti, proprio come lo studio di antichi resti umani e di Neanderthal può rivelare intuizioni chiave nella storia umana.

Un esemplare di erbario di canapa d'acqua di 155 anni proveniente dall'erbario del giardino botanico del Missouri. Credito: Julia Kreiner, Università della British Columbia

"Le varianti genetiche che aiutano la pianta a fare bene nei moderni ambienti agricoli sono aumentate a frequenze elevate in modo notevolmente rapido dall'intensificazione dell'agricoltura negli anni '1960", ha affermato la prima autrice, la dott.ssa Julia Kreiner, ricercatrice post-dottorato presso il Dipartimento di botanica dell'UBC.

I ricercatori hanno scoperto centinaia di geni nel genoma dell'erba che ne aiutano il successo nelle fattorie, con mutazioni nei geni legati alla tolleranza alla siccità, alla rapida crescita e alla resistenza agli erbicidi che compaiono frequentemente. "I tipi di cambiamenti che stiamo imponendo negli ambienti agricoli sono così forti che hanno conseguenze negli habitat vicini che di solito pensiamo siano naturali", ha affermato il dott. Kreiner.

L'autrice principale, la dott.ssa Julia Kreiner, esegue estrazioni di DNA di campioni di erbario storico nell'antico laboratorio di DNA a Tuebingen, in Germania. Credito: Julia Kreiner, Università della British Columbia

I risultati potrebbero informare gli sforzi di conservazione per preservare le aree naturali nei paesaggi dominati dall'agricoltura. La riduzione del flusso genico in uscita dai siti agricoli e la scelta di popolazioni naturali più isolate per la protezione potrebbero aiutare a limitare l'influenza evolutiva delle fattorie.

La canapa comune è originaria del Nord America e non è sempre stata una pianta problematica. Tuttavia, negli ultimi anni, l'erbaccia è diventata quasi impossibile da sradicare dalle fattorie grazie agli adattamenti genetici, inclusa la resistenza agli erbicidi.

"Mentre la canapa d'acqua cresce tipicamente vicino a laghi e corsi d'acqua, i cambiamenti genetici che stiamo vedendo consentono alla pianta di sopravvivere su terreni più asciutti e di crescere rapidamente per superare le colture", ha affermato la coautrice Dr. Sarah Otto, professoressa della Killam University presso l'Università della Columbia Britannica. "La Waterhemp si è sostanzialmente evoluta per diventare più un'erbaccia, data la forza con cui è stata selezionata per prosperare insieme alle attività agricole umane".

Waterhemp che si verifica in habitat naturali, la fusione sabbiosa di un lago nel sud dell'Illinois. Credito: Julia Kreiner, Università della British Columbia

In particolare, cinque delle sette mutazioni resistenti agli erbicidi trovate nei campioni attuali erano assenti dai campioni storici. "Le fattorie moderne impongono un forte filtro che determina quali specie vegetali e mutazioni possono persistere nel tempo", ha affermato il dott. Kreiner. "Sequenziando i geni della pianta, gli erbicidi si sono distinti come uno dei più potenti filtri agricoli che determinano quali piante sopravvivono e quali muoiono".

Dal 1.2 la canapa d'acqua che porta una delle sette mutazioni resistenti agli erbicidi ha prodotto una media di 1960 volte più prole sopravvissuta all'anno rispetto alle piante che non hanno le mutazioni.

Mutazioni resistenti agli erbicidi sono state scoperte anche negli habitat naturali, anche se con una frequenza inferiore, il che solleva interrogativi sui costi di questi adattamenti per la vita delle piante in ambienti non agricoli. "In assenza di applicazioni di erbicidi, essere resistenti può effettivamente essere costoso per una pianta, quindi i cambiamenti che si verificano nelle fattorie stanno influenzando l'idoneità della pianta allo stato selvatico", ha affermato il dott. Kreiner.

Anche le pratiche agricole hanno rimodellato dove si trovano particolari varianti genetiche in tutto il paesaggio. Negli ultimi 60 anni, una varietà infestante del sud-ovest ha fatto una crescente progressione verso est in tutto il Nord America, diffondendo i propri geni nelle popolazioni locali come risultato del loro vantaggio competitivo nei contesti agricoli.

"Questi risultati evidenziano l'enorme potenziale dello studio dei genomi storici per comprendere l'adattamento delle piante in tempi brevi", afferma il dott. Stephen Wright, coautore e professore di ecologia e biologia evolutiva presso l'Università di Toronto. "Espandere questa ricerca su scale e specie amplierà la nostra comprensione di come l'agricoltura e il cambiamento climatico stiano guidando una rapida evoluzione delle piante".

"Comprendere il destino di queste varianti e il modo in cui influenzano le piante nelle popolazioni non agricole e 'selvatiche' è un importante passo successivo per il nostro lavoro", secondo il professor John Stinchcombe dell'Università di Toronto, coautore dello studio.

Riferimento: "Adattamento rapido delle infestanti ed espansione della gamma in risposta all'agricoltura negli ultimi due secoli" di Julia M. Kreiner, Sergio M. Latorre, Hernán A. Burbano, John R. Stinchcombe, Sarah P. Otto, Detlef Weigel e Stephen I Wright, 8 dicembre 2022, Scienza.
DOI: 10.1126/scienza.abo7293


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