Evoluce plevelů a proměny zemědělství

18. 12. 2023 Ing. Jan Winkler, Ph.D., Ing. Igor Děkanovský Plevele Zobrazeno 958x

Vznik zemědělství v období neolitu a jeho postupné šíření je z pohledu rostlin vytváření nových ekosystémů se specifickými podmínkami. Ty dnes pokrývají více než 40 % zemské souše a za relativně krátkou dobu jsou v řadě oblastí světa dominantní.

V zemědělských ekosystémech jsou rostliny vystaveny selekčnímu tlaku přírodních podmínek (půdních a klimatických), konkurenci vysévaných plodin a zemědělským postupům, které navíc mění prostředí odlišující se od původních podmínek na nekultivovaných stanovištích. Jedná se především o frekvenci disturbancí (narušování) vegetace a o dostatek životních zdrojů (vody, světla a živin). Nové kombinace environmentálních faktorů na obdělávaných polích vedly k novým formám ekologické a evoluční dynamiky vegetace. Postupně došlo k vytvoření nové kategorie rostlin a tou jsou plevele.

Počátky plevelů

Lidská civilizace mění a zdokonaluje zemědělské postupy od počátků zemědělství až po dnešní dobu. Na tento vývoj musí reagovat i plevele.

Během počátků zemědělství a procesu domestikace rostlin vznikaly v různých částech světa nové životní niky, které byly kolonizovány místními druhy rostlin. Jednalo se zejména o druhy s ruderální životní strategií, které zvládly přežít zemědělské zásahy, především kultivaci půdy a vypalování polí. Tyto rostliny, někdy označované jako proto‑plevele, se ještě dnes na některých místech jako plevele vyskytují.

Za místo vzniku zemědělství ve střední Evropě je považován Blízký východ. V oblasti označované jako Levanta se dnes vyskytují druhy, které patří k nejstarším druhům plevelů. Jedná se o jílek mámivý, sveřep stoklasu, koukol polní a kravinec španělský. Tyto plevele se rozšířily společně se zemědělstvím i do našich krajů.

Jílek mámivý (Lolium temulentum) patří k nejstarším plevelům

Sveřep stoklasa (Bromus secalinus) patří dnes ke vzácným druhům plevelů

Koukol polní (Agrostemma githago): v minulosti plevel, dnes okrasná rostlina

Lidská civilizace mění rostliny tak, aby jí přinášely co největší užitek a dobře se pěstovaly. Tento proces se označuje jako domestikace. Domestikované druhy se liší od svých divokých příbuzných tím, že mají větší zrna, sníženou přilnavost slupek k semenům, homogennější klíčení, růst a zrání.

Některé druhy rostlin reagovaly na selekční tlak zemědělství procesem dedomestikace. Jedná se o proces opačný, než je domestikace. Dedomestikací vznikají nové druhy plevelů. Kvůli ní se můžeme setkat s „divokými ovsy“, což jsou původní populace ovsa setého, anebo s kříženci ovsa hluchého. Dalšími příklady jsou: plevelná řepa, plevelná slunečnice, plevelné proso a plevelná rýže. Tyto populace vykazují znaky, které jim umožňují přežít na orných půdách. Typickými rysy jsou etapovité vzcházení, postupné kvetení a dozrávání plodů a semen.

Kvůli šíření zemědělství a zavlékání plevelů dochází ke kontaktu mezi dříve izolovanými populacemi nebo druhy. V důsledku toho nastává hybridizace plevelů. Výsledkem je velká rozmanitost morfologických a fyziologických znaků. Mezi velmi variabilní druhy stále patří merlík bílý, kokoška pastuší tobolka a rozrazil perský.

Oves setý a oves hluchý (Avena fatua) jsou botanicky příbuzné druhy

Rozvoj zemědělství

Od doby, kdy se zemědělství rozšířilo na naše území, až do raného novověku docházelo k pozvolnému odlesňování krajiny a k její postupné přeměně na pastviny a ornou půdu. Pěstovaná skladba plodin byla poměrně jednotvárná s převládajícími obilninami. Porosty obilnin, které byly vyšší a hustší než dnes, vytvořily větší konkurenční tlak na plevele.

Zpracování půdy se podobalo dnešnímu kypření, využívalo se vláčení a ruční pletí. Zemědělské nářadí bylo především ze dřeva, případně mělo okované jen některé části. Postupné zvyšování produkce železa vedlo k rozvoji tohoto nářadí, které bylo účinně používáno k mechanické regulaci plevelů. V této době bylo velmi významné šíření plevelů osivem plodin. Díky vysokému podílu ruční práce bylo zaplevelení udržováno na přijatelné úrovni.

Významným okamžikem pro evoluci plevelů bylo objevení Ameriky a zámořské cesty Evropanů. Skladba plodin se měnila. Začaly se pěstovat nové plodiny, zejména kukuřice, brambory a rajčata. Kromě nových plodin pronikaly do Evropy i nové druhy plevelů, které dnes označujeme jako neofyty. Díky zámořským cestám máme u nás plevele, jako jsou laskavce: laskavec srstnatý, laskavec zelenoklasý, laskavec bílý, pěťour maloúborný, pěťour srstnatý a další.

Do evoluce plevelů výrazně zasáhla intenzifikace zemědělství. Velký význam v omezení šíření plevelů mělo čištění osiva a zavedení kontrol množitelských porostů. Rozvoj mechanizace umožnil proměnu půdního prostředí a regulaci plevelů bez ruční práce. Masivní používání průmyslových hnojiv vedlo k úbytku druhů se specifickými nároky na půdu, a naopak k rozšíření druhů nitrofilních a druhů s nevyhraněnými požadavky na prostředí. Výsledkem byl pokles druhové diverzity plevelů.

Novou etapou bylo vydatné používání herbicidů, které zcela měnily podmínky prostředí a byly velkou výzvou pro modifikaci vlastností jednotlivých plevelných druhů. Díky herbicidům se zdálo, že problematika plevelů je vyřešena a škodlivost plevelů bude jen okrajovou záležitostí. Ovšem i na tuto výzvu dokázaly plevele zareagovat a některým druhům se podařilo vytvořit rezistentní populace. Negativní dopady pesticidů na životní prostředí spolu s rezistentními populacemi plevelů jsou pro používání herbicidů limitující. V současné době je další problémovou oblastí nedostatek nových účinných látek, což využívání herbicidů omezuje.

Černucha rolní (Nigella arvensis) je velmi vzácný plevel

Černýš rolní (Melampyrum arvense) patří také ke vzácným druhům plevelů

Čistec roční (Stachys annua), druh jen s omezeným výskytem

Hlaváček letní (Adonis aestivalis), rovněž vzácný plevel

Mikroevoluce plevelů

Snaha potlačovat plevele může působit jako selekční faktor a upřednostňovat jedince s vlastnostmi, díky kterým přežívají. Jedná se o proces označovaný jako mikroevoluce. Rychlost mikroevoluce je zvláště výrazná na zemědělských půdách. Zemědělské postupy způsobovaly intenzivní, ale nezamýšlené selektivní tlaky na populace plevelů, a to již od neolitu. Opakovaně tím byly podpořeny genetické vlastnosti plevelů a rychlost jejich evoluce. Vznik herbicidní rezistence je nejlépe zdokumentovaným případem rychlé evoluce v rostlinné říši.

Mikroevoluce se objevuje i v jiných oblastech, a to v interakcích plevel - plodina a plevel - patogen.

Na rýžových polích byla prokázána vyšší alelopatie u populací ježatky kuří nohy, které, na rozdíl od rostlin rýže, jsou odolné vůči patogenní houbě Pyricularia oryzae. Rýže je napadena houbou a oslabena alelopatií ježatky, což přináší plevelům větší životní prostor.

Mnohé druhy plevelů morfologicky napodobují plodiny, aby nebyly identifikovány zemědělcem nebo umělou inteligencí (automatickou detekcí plevelů) a přežily regulaci. Tyto vavilovské mimikry se u plevelů vytvářejí po zavedení selektivního tlaku velmi rychle. Populace koukolu polního mění velikost a tvar svých semen tak, aby je nebylo možné oddělit od semen plodiny a zabránilo se jejich odstranění během čištění. Je tedy možné, že koukol se opět vrátí na naše pole jako plevel.

Mikroevoluce plevelů bude pokračovat a bude reagovat na nová regulační opatření. Především automatická detekce plevelů a lokální aplikace herbicidů může být omezena proměnami morfologických znaků plevelů. Vývoj nových účinných látek herbicidů bude vždy spojen s rizikem vzniku rezistence, tedy fyziologického přizpůsobení plevelů selekčnímu tlaku.

Bračka rolní (Sherardia arvensis) patří k přehlíženým druhům plevelů

Heřmánek pravý (Matricaria chamomilla) nachází v současnosti využití jako léčivka

Ostrožka stračka (Consolida regalis) z našich polí mizí

Úspěšnější je ostrožka východní (Consolida hispanica)

Jiný pohled na plevele

V posledních letech se přístup k plevelům mění. Plevele jsou považovány za významné poskytovatele ekosystémových funkci v agroekosystému. Mezi poskytované ekosystémové funkce ovšem patří i funkce negativní - škodlivost plevelů, která se promítá do výnosové ztráty nebo do kvality sklizně.

Plevele mají řadu pozitivních funkcí. Většina plevelů patří mezi fotosyntetizující organismy, které poutají vzdušný oxid uhličitý a poskytují kyslík. Produkují množství biomasy, která jako organická hmota zlepšuje půdní vlastnosti. Biomasa plevelů ochraňuje půdu před erozí a podporuje vsakování dešťových srážek.

Plevele zvyšují biologickou relevanci orné půdy. Vytvářejí interakce s řadou dalších organismů. Biomasa plevelů je zdrojem potravy pro býložravce. Hmyzosnubné plevele poskytují pyl a nektar opylovatelům. Plody a semena dávají potravu ptákům. Kořeny plevelů a jejich exsudáty vytvářejí životní prostor pro půdní mikroedafon.

Některé druhy plevelů může člověk využít jako jedlé, léčivé nebo okrasné rostliny. Jiné druhy, díky svým specifickým vlastnostem, mohou být nápomocny při šlechtění nových odrůd plodin. Některé plevele, jako tomu bylo v minulosti u žita, čekají na proces domestikace a využití jako nových plodin. Neprobádanou oblastí je synergie mezi některými druhy plevelů a plodin, jako je chrpa a žito. Tato oblast ještě stojí před uplatněním v zemědělství.

Závěr

Plevele byly, jsou a budou součástí zemědělství. Současná společenstva plevelů jsou jedinečná seskupení druhů s různorodým původem a evoluční historií. Podoba vegetace plevelů je výsledkem koevoluce plevelů a lidské civilizace.

Mikroevoluce, které probíhají na orné půdě, mění zaplevelení plodin. Pokud bude chtít některý druh plevele na orné půdě uspět, musí dělat něco lépe než druhy ostatní. Řada druhů plevelů má k tomu celou řadu cenných vlastností, jako je vysoká adaptabilita a variabilita. Podrobnější studium vývoje plevelných společenstev nám může pomoci pochopit procesy vzniku a zániku druhů.

Plevelná společenstva jsou formována interakcemi mezi lidskými aktivitami a ekologickými a evolučními procesy. Historie plevelů je neodmyslitelně spojena s lidskou činností.

Konopí seté rumištní (Cannabis sativa var. spontanea) je plevel a blízce příbuzné konopí (plodině)

V posledních letech se na našich polích velmi úspěšně šíří mračňák Theophrastův (Abutilon theophrasti)

Ing. Jan Winkler, Ph.D.¹, Ing. Igor Děkanovský^2
1Mendelova univerzita v Brně; ²Fakultní nemocnice Brno