Спустя века после завоза в качестве пряной травы чесночница черешчатая захватывает леса Северной Америки

Специалисты по лесному хозяйству и биологи по охране природы по всей Северной Америке борются с долгосрочными экологическими последствиями интродукции растения в XIX веке: чесночница черешчатая продолжает вытеснять аборигенную флору подлеска в десятках регионов. Двулетнее растение, завезенное европейскими поселенцами через Атлантику в 1860-х годах в качестве кулинарной приправы и лекарственной травы, распространилось далеко за пределы приусадебных участков. Сегодня популяции этого чужеродного сорняка официально зафиксированы в 37 штатах США и шести провинциях Канады, что превратило его из скромной садовой диковинки в одного из наиболее стойких биологических инвадеров, угрожающих умеренным широколиственным лесам континента.

## Key facts

- Чесночница черешчатая была завезена в Северную Америку из Европы и Азии в 1860-х годах в качестве пищевого растения и лекарственного средства. - Первое подтвержденное наблюдение этого вида в дикой природе Северной Америки было зафиксировано на Long Island, New York, в 1868 году. - Инвазивное растение колонизировало естественные среды обитания в 37 штатах США — от Северо-Востока и Среднего Запада до отдельных районов Тихоокеанского Северо-Запада и Юга. - В Канаде подтвержденные очаги заражения отмечены в шести провинциях, с наибольшей концентрацией в Онтарио и Квебеке. - Этот вид нарушает возобновление леса, выделяя биохимические соединения, которые подавляют подземные микоризные грибы, необходимые молодым саженцам местных деревьев.

## What happened

Как сообщает TOI Science Desk, трансатлантическое путешествие чесночницы черешчатой, ботаническое название которой — Alliaria petiolata, началось с преднамеренного завоза в середине XIX века. Первые европейские иммигранты везли семена через океан, ценя растение за ранневесеннюю зелень, высокое содержание витаминов и острый вкус, напоминающий чеснок и капустные культуры, а также за традиционное применение в виде антисептических припарок.

Самое раннее подтвержденное свидетельство произрастания одичавшей чесночницы в Северной Америке датируется 1868 годом на Long Island, New York. Закрепившись в дикой природе, растение воспользовалось нарушенными почвами, речными коридорами и отсутствием коэволюционировавших с ним травоядных животных, начав агрессивную экспансию на запад и север. В последующие десятилетия то, что начиналось как изолированные очаги вдоль обочин дорог и лесных опушек, переросло в масштабные региональные инвазии.

По данным служб охраны дикой природы штатов и федеральных природоохранных ведомств, вид постепенно преодолевал границы штатов и провинций. Он продвигался на запад через бассейн Великих озер и долину реки Огайо, на юг вдоль Аппалачского горного хребта, а позже сформировал дизъюнктивные популяции в Скалистых горах и на Тихоокеанском Северо-Западе. В Канаде исследования сельского хозяйства и природных ресурсов подтвердили его распространение в шести провинциях: сорняк в основном поражает юг Онтарио и юг Квебека, а также проникает в отдельные районы Нью-Брансуика, Новой Шотландии, Британской Колумбии и Манитобы.

Во всех этих регионах чесночница развивается по двухлетнему циклу. В первый год растение формирует приземистую прикорневую розетку из темно-зеленых почковидных листьев, способных к фотосинтезу на протяжении мягких зим. На второй год весной оно стремительно вытягивается в прямостоячие цветоносные стебли высотой от 30 до 100 сантиметров, несущие кисти мелких белых четырехлепестковых цветков. Одно взрослое растение способно образовать сотни тонких стручков, давая от сотен до нескольких тысяч семян, сохраняющих всхожесть в почвенном банке семян леса на протяжении десятилетия и более.

## Why it matters

Укоренение чесночницы черешчатой в 37 штатах и шести провинциях создает серьезные структурные угрозы для экологии лесов, управления государственными землями и лесной промышленности. В отличие от многих чужеродных сорняков, которые ограничены нарушенными обочинами дорог, солнечными лугами или заброшенными сельскохозяйственными участками, чесночница обладает редкой теневыносливостью. Это свойство позволяет ей проникать вглубь сомкнутых широколиственных лесов, вытесняя местные весенние эфемероиды, такие как триллиум, сангвинария, дикий имбирь и дицентра клобучковая.

Помимо базовой пространственной конкуренции за солнечный свет, почвенную влагу и питательные вещества, растение использует химическое оружие посредством аллелопатии. Оно выделяет в почву глюкозинолаты и сопутствующие серосодержащие вторичные метаболиты. Эти фитохимические соединения подавляют мутуалистические арбускулярно-микоризные грибы и эктомикоризные сети. Поскольку доминирующие лесообразующие деревья Северной Америки — включая сахарный клен, белый ясень, красный дуб и различные виды гикори — зависят от этих подземных грибных симбиозов для поглощения воды и минералов, чесночница коренным образом препятствует выживанию сеянцев аборигенных деревьев. В результате затяжные инвазии ставят под угрозу сукцессию лесов, ограничивая способность вырубленных или поврежденных бурями древостоев восстанавливать ценный полог твердолиственных пород.

Кроме того, растение нарушает жизненные циклы местной фауны. Химический состав чесночницы смертелен для личинок бабочек West Virginia white butterfly и mustard white butterfly. Эти местные бабочки ошибочно откладывают яйца на листья инвазивного растения вместо своих традиционных кормовых растений — зубянок. Токсичные соединения в чужеродной листве убивают вылупляющихся гусениц еще до достижения зрелости, оказывая сильное негативное давление на местное биоразнообразие насекомых и, как следствие, на насекомоядных обитателей леса.

## The background

Биологические инвазии представляют собой один из основных факторов сокращения глобального биоразнообразия наряду с фрагментацией мест обитания и климатическими изменениями. Чесночница черешчатая является аборигенным видом для умеренных регионов Европы, Западной Азии и части Северной Африки, где сотни специализированных насекомых-фитофагов, паразитических грибов и конкурирующих видов растений естественным образом сдерживают ее плотность и репродуктивную способность.

Оказавшись в Северной Америке в XIX веке, растение вырвалось из-под контроля естественных экологических регуляторов. Представители североамериканской фауны — прежде всего местные насекомые и белохвостые олени — обычно избегают поедания чесночницы из-за ее горьких соединений, производных синигрина. Такое пищевое поведение усугубляет проблему: растущие популяции оленей на востоке Северной Америки систематически выедают местные травянистые многолетники и молодые деревца, избирательно щадя чесночницу и непреднамеренно устраняя ее ботанических конкурентов.

Более четырех десятилетий природоохранные организации, национальные парки и парки штатов, а также муниципальные власти применяют различные стратегии искоренения, зачастую сопряженные со значительными государственными и частными расходами. Ручная прополка остается распространенным методом на охраняемых природных территориях, однако она требует трудоемкого удаления корней для предотвращения повторного отрастания и должна проводиться ежегодно на протяжении многих лет для истощения стойкого запаса семян в почве. Масштабные очаги заражения нередко требуют химической обработки с использованием листовых гербицидов, таких как glyphosate или triclopyr. Однако сплошное применение химикатов несет в себе риск нецелевой токсичности для находящихся в состоянии покоя местных многолетников и близлежащих водоемов.

В ответ на ограниченность механических и химических методов научно-исследовательские институты, включая United States Department of Agriculture’s Forest Service, Agriculture and Agri-Food Canada и кафедры энтомологии ряда университетов, приступили к оценке возможностей классического биологического контроля. Исследователи годами изучают специализированных европейских насекомых, в частности долгоносика Ceutorhynchus scrobicollis, личинки которого развиваются в стеблях и корневой шейке, чтобы определить, сможет ли интродукция этого коэволюционировавшего специалиста выборочно ослабить популяции чесночницы, не нанося вреда нецелевым аборигенным крестоцветным Северной Америки.

## Reaction

Непрекращающаяся колонизация лесной подстилки вызывает ответные меры со стороны земельных трастов, ученых-экологов и государственных ведомств по природным ресурсам. В природоохранных кругах на уровне штатов натуралисты организуют сезонные гражданские научные кампании, нередко называемые garlic mustard pulls, цель которых — очистить участки ценных ботанических резерватов до того, как растения рассеют ежегодный урожай семян.

Тем временем федеральные и региональные ведомства по природным ресурсам продолжают классифицировать чесночницу черешчатую как вредоносный сорняк или запрещенный инвазивный вид в рамках своих нормативных баз по защите растений, накладывая юридические ограничения на транспортировку, размножение и коммерческую продажу растения. На регуляторном уровне специалисты по биоконтролю и советы по инвазивным видам направляют свои обращения в национальные сельскохозяйственные регулирующие органы, призывая к тщательному проведению экологических экспертиз и выдаче скоординированных разрешений на выпуск в полевых условиях проверенных агентов биоконтроля.

Лесохозяйственные ассоциации и лесопромышленные организации также выражают постоянную тревогу по поводу долгосрочной жизнеспособности зон лесовозобновления. Поскольку плотные монокультуры в подлеске препятствуют появлению всходов, управляющие лесными угодьями подчеркивают, что бесконтрольные инвазии снижают будущую экономическую стоимость частных и коммерческих лесных аренд, что требует увеличения грантового финансирования на уровне штатов и провинций для восстановления подлеска.

## What we don't know yet

Несмотря на десятилетия полевых наблюдений, ключевые научные вопросы о долгосрочной экологической траектории чесночницы и полных географических масштабах ее продвижения на юг и запад остаются без ответа. Исследователи продолжают изучать, наступает ли в старых очагах заражения в конечном счете самоограничивающийся спад. Отдельные исследования старых колоний зафиксировали локальное снижение жизнестойкости и плотности растений, что может быть вызвано адаптацией местных почвенных патогенов к присутствию сорняка или самоингибированием накапливающимися аллелохемикатами. Однако является ли этот феномен единичной аномалией или предвестником равновесия в масштабах континента, остается недоказанным.

Неопределенность сохраняется и в вопросе о том, как меняющиеся климатические режимы повлияют на границы ареала вида. В условиях более мягких зим и все менее стабильного режима осадков в районах Великих озер и Средней Атлантики остается неясным, ускорит ли чесночница свою миграцию в высокогорные бореальные переходные зоны или же усиление теплового стресса в летние месяцы ограничит ее сохранение на южной границе ареала на юге США.

Кроме того, исчерпывающие данные об общих экономических затратах на борьбу с чесночницей черешчатой на муниципальном, региональном, провинциальном и частном уровнях до сих пор не сведены воедино, из-за чего лица, принимающие решения, не располагают полной оценкой истинного финансового ущерба.

## What to watch

В предстоящих сезонах в центре внимания лесоводов будут находиться полевые выпуски и регуляторный мониторинг целевых агентов биологического контроля. После предварительных экспериментальных разрешений в Канаде аналитики природных ресурсов внимательно наблюдают за пилотными участками выпуска в Онтарио, чтобы выяснить, приведет ли интродукция долгоносиков Ceutorhynchus к ощутимому подавлению зарослей чесночницы без побочного ущерба для аборигенных видов семейства Brassicaceae.

В США исследователи ожидают более широких федеральных разрешений и согласований на уровне штатов для выпуска биоагентов в открытую среду, что будет зависеть от межведомственных экологических оценок под контролем Animal and Plant Health Inspection Service (APHIS). Наблюдатели также будут отслеживать динамику весеннего прорастания, фиксируемую базами данных мониторинга инвазивных растений, такими как EDDMapS, чтобы проследить, не заполнит ли растение оставшиеся пробелы в незатронутых западных штатах и канадских территориях.

Наконец, муниципальные и региональные землеустроители следят за новыми методами рекультивации почв, в частности за экспериментальными добавками, предназначенными для повторной инокуляции микоризных грибов на лесных участках после ликвидации очагов инвазивной чесночницы.

Этот материал основан на сообщении TOI Science Desk.