Crop domestication and the disruption of species interactions

The process of crop domestication involves artificial selection for beneficial traits in plants, such as yield, standard development times for ease of harvest, and pest and disease resistance. This process has greatly improved crop performance and can allow farmers to produce viable harvests in previously un-profitable circumstances. However, there is growing evidence that domestication may impact species interactions perhaps through the amplification of effects across spatial scales and so have a pervasive influence on the functioning and sustainability of agro-ecosystems. This can occur directly, through unintentional alteration to crop traits that disrupt the host-finding ability of natural enemies; or indirectly through alterations to within-plant nutritional quality that impacts herbivore size and density and then ramifies throughout food chains. At the field level, the low variability in traits between individual plants means that particular weed and invertebrate communities are associated with each crop type. At the landscape level, the use of one or a few varieties across wide spatial scales, planted and harvested relatively synchronously, further reduces diversity. This process acting across multiple spatial scales represents a considerable selection pressure that may result in feedback-loops which favour the occurrence of particular traits within the community (e.g. resistance to pesticides). In order to properly balance the ‘pros and cons’ of the widespread adoption of new varieties, for the future, we must consider how particular traits influence interactions within the wider ecological community, and how these effects amplify across spatial scales. Here we argue that the process of domestication (with the primary goal of yield increases) and the widespread use of a few varieties has led to potentially detrimental impacts on species interactions, and suggest possible strategies for mitigating some of these negative impacts in the future.

ZusammenfassungDer Prozess der Züchtung von Feldfrüchten umfasst die künstliche Selektion von günstigen Eigenschaften der Pflanzen wie Ertrag, standardisierte Entwicklungszeiten für eine einfachere Ernte sowie Schädlings- und Krankheitstoleranz. Dieser Prozess hat die Feldfruchtnutzung deutlich verbessert und ermöglicht den Landwirten den Anbau mit ertragreichen Ernten unter zuvor nicht lohnenden Bedingungen. Dennoch gibt es in zunehmendem Maße Hinweise darauf, dass die Züchtung einen Einfluss auf die Interaktionen zwischen den Arten haben kann, vielleicht durch eine Verstärkung der Effekte auf räumlichen Skalen, und so einen deutlichen Einfluss auf die Funktionalität und die Nachhaltigkeit der Agrarökosysteme haben kann. Dies kann direkt geschehen, indem unbeabsichtigte Veränderungen der Pflanzeneigenschaften die Wirtsfindungsfähigkeit von natürlichen Gegenspielern stören, oder indirekt durch Veränderung der Nahrungsqualität innerhalb der Pflanzen, die einen Einfluss auf die Größe und Dichte der Herbivoren ausübt und sich dann in der Nahrungskette fortsetzt. Auf der Ebene der Felder bedeutet die geringe Variation der Eigenschaften zwischen den einzelnen Pflanzen, dass bestimmte Unkraut- und Invertebraten-Gemeinschaften mit jedem Feldfruchttyp verbunden sind. Auf der Ebene der Landschaften reduziert der großflächige Gebrauch einer oder weniger Varietäten, die relativ synchron gepflanzt und geerntet werden, die Diversität zusätzlich. Dieser Prozess, der sich auf vielfältigen räumlichen Skalen auswirkt, stellt einen beachtlichen Selektionsdruck dar, der sich in Rückkopplungseffekten auswirken wird, die das Auftreten besonderer Eigenschaften in den Gemeinschaften (z. B. Resistenz gegenüber Pestiziden) fördern. Um in Zukunft die Vor- und Nachteile der verbreiteten Einführung neuer Varietäten auszugleichen, müssen wir berücksichtigen, wie bestimmte Eigenschaften die Interaktion in der weiteren ökologischen Gemeinschaft beeinflussen und wie sich diese Effekte über die räumlichen Skalen verstärken. An dieser Stelle diskutieren wir, wie der Prozess der Züchtung (mit dem primären Ziel der Ertragserhöhung) und der verbreitete Einsatz nur weniger Varietäten zu potenziell negativen Auswirkungen auf die Arteninteraktionen geführt hat, und schlagen mögliche Strategien vor, wie einige dieser negativen Auswirkungen in Zukunft vermieden werden können.