Кіріспе

Бір жылдық өсімдік – өмірлік циклын бір вегетациялық маусым ішінде, тұқымнан өніп, тұқымдарды пісіріп, содан кейін қурап өтетін өсімдік. Жер жүзіндегі барлық өсімдік түрлерінің 6%-ы ғана және ағаштар мен бұталарды есептемегенде, шөптесін өсімдіктердің 15%-ы бір жылдық болып табылады. Жылдық өмірлік цикл гүлді өсімдіктердің (ангиоспермдер) филогенетикалық ағашында 120-дан астам түрлі өсімдік отбасында тәуелсіз түрде пайда болған.

Жылдық өмірлік циклдің эволюциялық және экологиялық драйверлері

Дәстүр бойынша, бір жылдық өсімдіктер көп жылдық ата-тегінен пайда болған деген пікір қалыптасқан. Алайда, соңғы зерттеулер бұл тұжырымға күдік келтіріп, көп жылдық өсімдіктердің бір жылдық ата-тегінен дамыған мысалдарды көрсетті. Қызығы, модельдер бір жылдықтан көп жылдық өмірлік циклге өту жылдамдығы кері процестен екі есе жоғары екенін ұсынады. Өмір тарихы теориясы бойынша, бір жылдық өсімдіктер ересек өсімдіктердің өлімі, жас өсімдіктердің (немесе тұқымның) өлімінен жоғары болғанда жақсырақ өркендейді, яғни бір жылдық өсімдіктер бұзылыстар жиі болатын немесе уақыт бойынша өзгеретін ортада үстемдік танытады, бұл ересек өсімдіктердің тіршілік ету мүмкіндігін төмендетеді. Бұл гипотезаны ыстық, құрғақ жазды аймақтарда ересек өсімдіктердің өлімі жоғарылап, тұқымдардың жақсы сақталуы байқалатын жерлерде бір жылдық өсімдіктердің көбеюі растайды. Сонымен қатар, әртүрлі отбасылардағы ыстық, құрғақ жаз айларында бір жылдық өмірлік циклдің эволюциясы оны конвергенттік эволюцияның көрнекті мысалына айналдырады. Егіншілік және мал өсіру сияқты іс-әрекеттерге байланысты бұзылыстар, әсіресе еуропалықтардың қоныстануынан кейін, Еуропа мен Азиядан келген бір жылдық түрлердің Жаңа Дүниеге енуіне мүмкіндік берді. Көптеген экожүйелерде бір жылдық өсімдіктердің үстемдігі, әдетте, екіншілік сукцессия кезіндегі уақытша құбылыс, әсіресе бұзылыстардан кейін. Мысалы, егістік жерлер тастап кетілгеннен кейін бастапқыда бір жылдық өсімдіктермен жабылады, бірақ кейін олар ұзақ өмір сүретін түрлермен алмастырылады. Алайда, кейбір Жерорта теңізі жүйелерінде ерекше жағдай орын алады: бір жылдық өсімдіктер үстемдікке ие болғанда, көп жылдық өсімдіктер оларды міндетті түрде ығыстырмайды. Бұл ерекшелік жүйедегі баламалы тұрақты күйлермен түсіндіріледі – жылдық үстемдік және көп жылдық күйлердің екеуі де тұрақты болып сақталады, ал жүйенің түпкілікті жағдайы бастапқы шарттарға байланысты болады.

Бір жылдық өсімдіктердің ерекшеліктері және олардың ауыл шаруашылығындағы әсері

Бір жылдық өсімдіктер көбінесе жылдық өсімдіктерге қарағанда жоғары өсу қарқынын көрсетеді, тұқымдарға көбірек ресурстар бөледі және тамыр жүйесіне аз ресурстар жұмсайды. Көп жылдық өсімдіктер ұзақ өмір сүретін өсімдіктермен және қысқа өмір сүретін тұқымдармен ерекшеленеді, ал бір жылдық өсімдіктер өмір сүру ұзақтығының төмендігін топырақтағы тұқымдық қойманың жоғары тұрақтылығымен өтемелейді. Өмірлік стратегиядағы осы айырмашылықтар экожүйенің жұмыс істеуі мен қызметтеріне елеулі әсер етеді. Мысалы, бір жылдық өсімдіктер жер астындағы ресурстарды аз бөлу арқылы эрозияны азайтуда, органикалық көміртегіні сақтауда және көп жылдық өсімдіктерге қарағанда су және қоректік заттарды тиімді пайдалануда аз рөл атқарады. Бір жылдық және көп жылдық өсімдіктер арасындағы ерекшеліктер ең айқын түрде ауыл шаруашылығы саласында көрінеді. Әлемдік биомассаның аз бөлігін құрағанына қарамастан, бір жылдық түрлер адамзаттың негізгі тағамдық көзі болып табылады, бұл олардың тұқым өндірісіне көбірек ресурстар жұмсауының нәтижесінде ауыл шаруашылығы өнімділігін арттырады. Адамның қоршаған ортаға тигізетін әсерімен сипатталатын Антропоцен дәуірінде бір жылдық өсімдіктердің жаһандық жамылу аймағы айтарлықтай кеңейді. Бұл өзгеріс негізінен көп жылдық өсімдіктер басым табиғи жүйелердің бір жылдық егістік жерлерге айналуына байланысты. Қазіргі уақытта бір жылдық өсімдіктер егістік жерлердің шамамен 70% -ын жабады және әлемдегі тағамдық тұтынудың шамамен 80% -ына үлес қосады.

Молекулалық генетика

2008 жылы бір жылдық өсімдік түріндегі екі геннің ғана инактивациясы оның көпжылдық өсімдікке айналуына себеп болатыны анықталды. Зерттеушілер Arabidopsis thaliana өсімдігінің SOC1 және FUL гендерін (гүлдеу уақытын бақылайтын) инактивациялады. Бұл өзгеріс көпжылдық өсімдіктерге тән фенотиптерді, мысалы, қамыс түзілуін қалыптастырды.