Rapid Evolution of Invasive Weeds Under Climate Change: Present Evidence and Future Research Needs

Abstract

Although evolution has been often seen as a gradual process through a Darwinian lens, far more rapid evolutionary change has been observed in recent times. Recent examples documenting the potential speed of invasive plant evolution have included: latitudinal flowering clines, life history shifts, or abrupt changes in morphology. The timescales for such observations range from centuries down to <5 years. Invasive weeds provide good models for the rapid changes, partly because invasive weeds exhibit unique evolutionary mechanisms integral to their success. For example, purging of their genetic load may enable invasive plants to adapt more rapidly. Other genetic mechanisms include plasticity as an evolved trait, hybridization, polyploidy, epigenetics, and clonal division of labor. It is well-demonstrated that anthropogenic stressors such as habitat disturbance or herbicide use may work synergistically with climate change stressors in fostering rapid weed evolution. Changing temperatures, moisture regimes and extreme climate events operate universally, but invasive plant species are generally better equipped than native plants to adapt. Research on this potential for rapid evolution is critical to developing more proactive management approaches that anticipate new invasive plant ecotypes adapted to changing climatic conditions.

High Phenotypic Plasticity in a Prominent Plant Invader along Altitudinal and Temperature Gradients

“…Whereas phenotypic plasticity may increase the ecological niche breadth of the species, post-introduction or post-colonization rapid evolution is known to produce genetically based phenotypic variations and adaptations, which can increase plant invasiveness. Therefore, phenotypic plasticity and rapid adaptation may be considered key components of the release–naturalization–invasion continuum [ 55 ]. In recent studies, common ragweed has been observed to grow in new areas at high altitude (over 1200 m) as a casual species; however, it seems that the species is not still able to establish at the current climatic conditions [ 38 ].…”

Global assessment of three Rumex species reveals inconsistent climatic niche shifts across introduced ranges

“…Alternatively, it is possible that Rumex spp. have rapidly adapted to tolerate the climates available in both North America and New Zealand (Bates & Bertelsmeier, 2021;Boheemen et al, 2019;Clements & Jones, 2021;Hulme & Barrett, 2013;Luo et al, 2019), though Rumex spp.…”

Аналіз Фітосанітарного Стану Херсонської Області За Поширенням Карантинних Бур’янів

“…Поширення інвазійних видів у природі не має географічних меж [2; 11]. У карантинних бур'янів сформовано унікальні еволюційні механізми, що сприяють змінам їх онтогенезу й морфології, забезпечуючи значну пластичність та адаптивні властивості [16]. Інвазійні рослини характеризуються зазвичай спільними біологічними ознаками щодо високого репродуктивного потенціалу й толерантності до стресових факторів.…”

“…На інвазію рослин та їхнє подальше існування в новій зоні впливають кліматичні, геологічні, ґрунтові умови, наявність доступної вологи та інші фактори [11]. Зміни температури, режимів зволоження та екстремальні кліматичні умови діють на всі рослини, але карантинні види порівняно із місцевими зазвичай краще пристосовані до їх впливу [16]. Інвазійні рослини здатні зменшити кількість світла, води, поживних речовин і простору, доступного для місцевих видів, змінити водно-фізичні та хімічні властивості ґрунту, зокрема вбирну здатність, стійкість до ерозії тощо [17; 18].…”