_ Cu creșterea rapidă a căldurii și a secetei , se pot adapta plantele?

Într-o perioadă în care schimbările climatice fac multe zone ale planetei mai calde și mai uscate, este îngrijorător să ne gândim că deșerturile sunt biomi relativ noi care au crescut considerabil în ultimii 30 de milioane de ani. Regiunile aride larg răspândite, cum ar fi deșerturile care acoperă astăzi o mare parte din vestul Americii de Nord, au început să apară abia în ultimii 5 până la 7 milioane de ani.

Înțelegerea modului în care plantele care au invadat acești biomi aspri de deșert au putut supraviețui. ajuta la prezicerea modului în care ecosistemele se vor descurca într-un viitor mai uscat.

Un studiu intensiv al unui grup de plante care au invadat pentru prima dată deșerturile emergente cu milioane de ani în urmă, concluzionează că acești pionieri — margaretele de stâncă — nu au venit neechipați pentru a face față căldură, soare arzător și lipsă de apă. Ei dezvoltaseră adaptări la astfel de stres în timp ce trăiau pe aflorințe de rocă uscate, expuse, în zone mai vechi, mai umede și chiar păduri tropicale, toate acestea le-au făcut mai ușor să invadeze zonele aride în expansiune.

Universitatea din California. , cercetătorul din Berkeley Isaac Lichter-Marck și Bruce Baldwin, profesor de biologie integrativă UC Berkeley, curator al Herbarului Jepson și redactor-șef al „Manualul deșertului Jepson: Plantele vasculare din California de Sud-Est” (2002), și-au publicat studiul despre evoluția margarete de stâncă în deșerturile nord-americane săptămâna aceasta în jurnalul Proceedings of the National Academy of Sciences.

Studiul este primul care oferă dovezi pentru a rezolva o dezbatere evolutivă de lungă durată: au plantele emblematice din deșert, precum cactuși saguaro impunători, ocotillos în flăcări și agavele Seuss se adaptează la condițiile aride numai după ce au invadat deșerturile sau au venit preadaptați la stresul vieții în deșert?

Întrebarea are relevanță. Ce astăzi, a spus Lichter-Marck, deoarece accelerarea aridității din cauza schimbărilor climatice provoacă plantele să se adapteze mult mai repede decât au făcut-o în trecut. Deja, aproximativ o cincime din suprafața terestră a Pământului este deșert. Dacă adaptarea la condițiile aride a fost posibilă doar pentru plantele care au evoluat deja pentru a face față unor astfel de stres, atunci multe din zilele noastre ar putea să nu fie echipate cu un set de instrumente genetice adecvate pentru a supraviețui.

„Dacă te gândești doar la ariditate. ca un stimulent pentru evoluția plantelor, atunci, în multe cazuri, oamenii ar putea spune că aceste plante sunt supraviețuitoare, sunt adaptabile și vor fi bine. Vor profita de aceste noi condiții și vor prospera", a spus Lichter-Marck, care este, de asemenea, cercetător postdoctoral al Fundației Naționale de Știință la UCLA.

Dar istoria margaretelor de stâncă sugerează că „când au apărut deșerturile, acele plante care aveau preadaptările necesare pentru a profita de noile condiții au fost cele care au prosperat”, a spus el. „Adăugarea mai multă aridificare la sistem nu înseamnă neapărat că va avea loc o evoluție adaptivă mai rapidă. Există o sursă limitată de descendențe care pot profita de noile niveluri de ariditate și acest lucru este important pentru înțelegerea efectului schimbărilor climatice asupra biodiversității”.

Botanistii și-au dat seama cu mult timp în urmă că, atunci când plantele au invadat zonele deșertice, s-au diversificat rapid pentru a umple numeroasele nișe create de acest nou tip de habitat.

„Chiar și recent, 1 milion până la 1,5 Acum milioane de ani, ar fi fost dificil să găsești habitate deșertice larg răspândite, așa cum le vedem astăzi în America de Nord, ceea ce este oarecum surprinzător, deoarece acum deșerturile și habitatele aride sunt cel mai răspândit biom de pe pământ", a spus Lichter-Marck. „Dar în timpul Miocenului târziu, habitatele uscate s-au răspândit, iar liniile de plante din deșert din lume, în special liniile suculente precum cactusii, agavele și plantele de gheață – precum și multe alte linii tolerante la secetă – au suferit o diversificare rapidă sincronă. "

Paleontologii au subliniat, totuși, că plantele fosilizate care au prosperat cu zeci de milioane de ani înainte de proliferarea deșerților aveau caracteristici similare cu cele ale plantelor deșertice de astăzi. Unii oameni de știință, cum ar fi regretatul paleoecolog Daniel Axelrod de la UCLA și UC Davis, au susținut că acest lucru însemna că plantele care au prosperat în deșert astăzi au evoluat mai devreme și au fost preadaptate - sau exaptate - pentru a supraviețui condițiilor deșertului prin creșterea în microsite-uri uscate, cum ar fi aflorințe de stâncă, umbre de ploaie sau vârfuri de munți. Alții, precum Ledyard Stebbins de la UC Berkeley, un biolog evoluționist care a ajutat la înființarea Departamentului de Genetică UC Davis, au susținut că ariditatea însăși a stimulat plantele să se diversifice și să dezvolte trăsături pentru a rezista la uscăciune, căldură, lumina intensă a soarelui și vânturi puternice.

În ciuda asemănărilor dintre aflorimentele stâncoase și deșerturi, a fost greu de dovedit că plantele deșertice descind din plante deja adaptate la stresul aridității, în parte pentru că fosilele se formează rar în habitatele uscate și nu ne pot spune prea multe despre habitatul în care acestea. creșteau plante antice.

Pentru Lichter-Marck și Baldwin, margaretele de stâncă, care sunt clasificate în tribul Perityleae în familia floarea-soarelui, li s-au părut un grup bun în care să exploreze legătura. Unele specii trăiesc pe roci uscate, expuse, în zone tropicale din Mexic – ceea ce ar putea fi considerate „micro-deșerturi” – în timp ce altele s-au adaptat pe deplin la zonele deșertice, cum ar fi Mojave din California și Great Basin, deșerturile Chihuahuan și Sonoran care acoperă cea mai mare parte din vestul Americii de Nord.

„Plantele care trăiesc pe aflorimente de stâncă se confruntă cu multe dintre aceleași provocări ca și cele care trăiesc într-un habitat uscat, deșert”, a spus Lichter-Marck. „Aflorimentele de roci tind să fie expuse la lumina UV, vânt și condiții uscate, de uscare, precum și căldură și îngheț. De asemenea, tind să fie mai expuse la ierbivore.

„Modurile în care plantele le tratează sunt diverse, dar de obicei implică un fel de morfologie rădăcină specializată care îi ajută să se ancoreze în aflorimente de rocă, precum și să facă față condițiilor de aride sporită. Și tind să aibă frunze mai mici sau frunze cu o acoperire densă de păr care le ajută să le protejeze împotriva secetei și să blocheze lumina soarelui, inclusiv lumina UV. De asemenea, au tendința de a avea apărare chimică sporită împotriva ierbivorelor, deoarece este nevoie de multă energie pentru a se regenera după ce au fost ronțăite.”

Pentru teza sa de doctorat în Departamentul de Biologie Integrativă și la Herbarul Jepson. , Lichter-Marck, originar din California de Sud, a cutreierat deșerturile din Arizona, California, Texas și Mexic luni întregi într-un camion, însoțit de toc albastru, Rio, pentru a colecta sute de exemplare de margarete de stâncă. margaretele sunt printre cele mai dramatice înfloritoare primăvara, acoperind deșertul cu flori colorate. Multe, totuși, sunt limitate la regiuni geografice mici, unde cresc doar pe suprafețe verticale de stâncă sau pe lanțuri muntoase ale insulelor din cer, ceea ce le face periculos de adunat. Lichter-Marck este un alpinist cu experiență, un set important de abilități pentru munca de teren pe teren accidentat.

El a secvențiat mai târziu ADN-ul acestor exemplare — 73 din cele 84 de specii recunoscute de margarete de rocă — și a catalogat istoriile de viață ale acestora, cum ar fi unde ei gr ew, ce tip de sistem radicular aveau și dacă erau anuale sau perene, o plantă sau un arbust. Apoi le-a comparat cu margaretele fosilizate pentru a dezvolta o cronologie aproximativă a evoluției acestor caracteristici și a eventualei schimbări a descendenței în deșert.

Aceasta i-a permis să concluzioneze că majoritatea margaretelor de rocă, în special, genul Laphamia, care a fost primul care s-a mutat în deșerturi și este cel mai mare gen de margarete de rocă – s-a adaptat la stresul de căldură, ariditate, vânt și soare în virtutea creșterii lor pe stânci înainte de a invada deșerturile.

„Aceasta este o demonstrație empirică clară a ceea ce a fost inițial ipoteza lui Axelrod – a unui grup de plante deșertice originare din microclimate uscate înainte de apariția pe scară largă a habitatelor deșertice”, a spus Lichter-Marck. „Ceea ce înseamnă aceasta este că strategiile de toleranță la secetă care sunt atât de caracteristice vegetației deșertice ar putea să nu reprezinte de fapt răspunsuri la condițiile uscate găsite în deșerturi. În schimb, ar putea fi trăsături care au evoluat mai devreme în asociere cu microclimate uscate mult mai vechi și mai stabile. , cum ar fi aflorimentele de stâncă în setări tropicale."

Preadaptarea poate fi cheia succesului multor plante din deșert, inclusiv cactuși, despre care se știe că locuiesc în aflorimente de stâncă sau cresc ca epifite în copacurile din interior. zone tropicale, deși aceste linii mari ar necesita o analiză mult mai extinsă, a spus el.

Margaretele de stâncă, dintre care multe trăiesc în habitate specializate care le fac vulnerabile la dispariție, evidențiază importanța conservării speciilor aparent de nișă. .

„Multe dintre margaretele de rocă sunt foarte specializate și tind să fie foarte înguste în distribuția lor și ar putea fi văzute ca fiind mai puțin semnificative pentru supraviețuirea ecosistemului în ansamblu. În evoluțiea biologia și în biologia conservării, organismele specializate cu zone geografice înguste sunt adesea considerate linii vulnerabile și uneori chiar au fost numite fundături evolutive”, a spus el. „O implicație importantă aici este că un grup de specialiști ecologici care crește pe stânci împrăștiate în habitate tropicale a început această radiație majoră în deșert. Deci, de fapt, arată că specialiștii nu sunt doar aceste linii vulnerabile aflate la limita dispariției. Ele ar putea fi de fapt. surse cu adevărat importante pentru inovație în evoluție.”

Lichter-Marck își extinde în prezent studiul asupra plantelor care cresc pe aflorimente de stâncă până în Hawaii, unde multe specii endemice rare trăiesc doar pe versanții munților abrupți. Cu toate acestea, în loc să escaladeze stânci precare pentru a ajunge la exemplare rare, el speră să folosească drone.

(Fluierul)