Tuo metu, kai dėl klimato kaitos daugelis planetos sričių tampa karštesnės ir sausesnės, blaiva mintis, kad dykumos yra palyginti nauji biomai, kurie per pastaruosius 30 milijonų metų gerokai išaugo. Plačiai paplitę sausringi regionai, pavyzdžiui, dykumos, kurios šiandien apima didžiąją dalį Vakarų Šiaurės Amerikos, pradėjo atsirasti tik per pastaruosius 5–7 milijonus metų.
Supratimas, kaip augalai, įsiveržę į šiuos atšiaurius dykumos biomus, galėjo išgyventi, galėtų padėti numatyti, kaip ekosistemoms seksis sausesnėje ateityje.
Intensyvus augalų grupės, kuri pirmą kartą užpuolė besiformuojančius, tyrimas dykumos prieš milijonus metų daro išvadą, kad šie pionieriai – uolų ramunės – nebuvo nepasirengę susidoroti su karščiu, kaitria saule ir vandens trūkumu. Jie prisitaikė prie tokių įtempių gyvendami ant sausų, atvirų uolienų atodangų senesnėse, drėgnesnėse vietose ir net atogrąžų miškai, todėl jiems buvo lengviau įsiveržti į besiplečiančias sausas teritorijas.
Kalifornijos universiteto Berklio tyrėjas Isaacas Lichteris-Marckas ir Bruce'as Baldwinas, UC Berkeley integracinės biologijos profesorius, Jepsono herbariumo kuratorius ir knygos „The Jepson Desert Manual: Vascular Plants of Pietryčių Kalifornijos“ (2002) vyriausiasis redaktorius paskelbė savo tyrimą apie uolinių ramunėlių evoliucija Šiaurės Amerikos dykumose šią savaitę žurnale Bylos Nacionalinės mokslų akademijos.
Tyrimas yra pirmasis, pateikęs įrodymų, leidžiančių išspręsti ilgalaikę evoliucinę diskusiją: Ar tai buvo ikoniška dykumos augalai, kaip didingi saguaro kaktusai, liepsnojančios ocotilos ir Seussian agavos prisitaiko prie sausos sąlygos tik po to, kai jie įsiveržė į dykumas, ar jie buvo iš anksto prisitaikę prie gyvenimo dykumose įtampos?
Lichteris-Marckas sakė, kad šis klausimas yra aktualus šiandien, nes dėl klimato kaitos spartėjantis sausumas verčia augalus prisitaikyti daug greičiau nei anksčiau. Jau dabar maždaug penktadalis Žemės paviršiaus yra dykuma. Jei prisitaikyti prie sausringų sąlygų buvo įmanoma tik tiems augalams, kurie jau buvo išsivystę, kad galėtų susidoroti su tokiais įtempiais, tada daugelis šiandien gali neturėti tinkamo genetinių įrankių rinkinio, kad galėtų išgyventi.
„Jei apie sausumą galvojate tik kaip apie augalų evoliucijos stimulą, tai daugeliu atvejų žmonės galėtų sakyti, kad šie augalai išgyvena, yra prisitaikantys, ir jiems viskas bus gerai. Jie pasinaudos šiomis naujomis sąlygomis ir klestės“, – sakė Lichter-Marck, kuris taip pat yra Nacionalinio mokslo fondo UCLA mokslinis bendradarbis.
Tačiau uolinių ramunėlių istorija rodo, kad „atsiradus dykumoms, klestėjo tie augalai, kurie iš anksto prisitaikė, kad galėtų pasinaudoti naujomis sąlygomis“, - sakė jis. „Didesnis sistemos sausinimas nebūtinai reiškia, kad įvyks greitesnė adaptacinė evoliucija. Yra ribotas linijų šaltinis, galintis pasinaudoti naujais sausumo lygiais, ir tai svarbu norint suprasti klimato kaitos poveikį biologinei įvairovei.
Septyneri metai klajojo dykumoje
Botanikai jau seniai suprato, kad kai augalai įsiveržė į dykumos teritorijas, jie greitai išsiplėtė, kad užpildytų daugybę nišų, kurias sukūrė šios naujos buveinės.
„Net prieš 1–1.5 milijono metų būtų buvę sunku rasti tokias plačiai paplitusias dykumų buveines, kokias matome šiandien Šiaurės Amerikoje, o tai savotiškai stebina, nes dabar dykumos ir sausringos buveinės yra labiausiai paplitęs biomas žemėje. “, - sakė Lichteris-Marckas. „Tačiau vėlyvosios mioceno epochos metu išplito sausos buveinės, o pasaulio dykumos augalų, ypač sultingų, tokių kaip kaktusai, agavos ir ledo augalai, bei daugelis kitų sausrai atsparių linijų, sinchroniškai greitai įvairavo. “
Tačiau paleontologai atkreipė dėmesį į tai, kad suakmenėję augalai, klestėję dešimtis milijonų metų iki dykumų plitimo, turėjo panašių savybių kaip ir dabartinių dykumų augalų. Kai kurie mokslininkai, pavyzdžiui, velionis paleoekologas Danielis Axelrodas iš UCLA ir UC Davis, teigė, kad tai reiškia, kad augalai, kurie šiandien klestėjo dykumoje, išsivystė anksčiau ir buvo iš anksto pritaikyti (arba išpuoselėti) išgyventi dykumos sąlygomis augdami sausose mikrosvetainėse, pvz. uolų atodangos, lietaus šešėliai ar kalnų viršūnės. Kiti, pavyzdžiui, UC Berkeley Ledyardas Stebbinsas, evoliucijos biologas, padėjęs įkurti UC Davis genetikos skyrių, teigė, kad pats sausumas paskatino augalus įvairinti ir išsiugdyti savybes, kurios atlaikytų sausumą, karštį, intensyvią saulės šviesą ir stiprų vėją.
Nepaisant uolų atodangų ir dykumų panašumų, buvo sunku įrodyti, kad dykumos augalai kilo iš augalų, jau prisitaikiusių prie sausumo streso, iš dalies dėl to, kad fosilijos retai susidaro sausose buveinėse ir negali daug pasakyti apie buveinę, kurioje šie senoviniai augalai. augo augalai.
Lichter-Marck ir Baldwin uolinės ramunės, priskiriamos saulėgrąžų šeimos Perityleae genčiai, atrodė kaip gera grupė tyrinėti ryšį. Kai kurios rūšys gyvena ant sausų, atvirų uolienų Meksikos atogrąžų vietovėse, kurios gali būti laikomos „mikrodykumomis“, o kitos yra visiškai prisitaikiusios prie dykumų vietovių, tokių kaip Mojave Kalifornijoje ir Didžiajame baseine, Čihuahuano ir Sonoro dykumose. didžioji dalis vakarų Šiaurės Amerikos.
„Augalai, gyvenantys ant uolų atodangų, susiduria su daugeliu tų pačių iššūkių, kaip ir gyvenantys sausoje dykumos buveinėje“, – sakė Lichter-Marck. „Uolienų atodangas dažniausiai veikia UV šviesa, vėjas ir sausos, džiūstančios sąlygos, taip pat karštis ir šaltis. Jie taip pat dažniau susiduria su žolėdžiais gyvūnais.
„Būdai, kuriais augalai su jais susidoroja, yra įvairūs, tačiau dažniausiai jie apima tam tikrą specializuotą šaknų morfologiją, kuri padeda jiems įsitvirtinti uolų atodangose, taip pat susidoroti su padidėjusiomis sausringomis sąlygomis. Be to, jie paprastai turi mažesnius lapus arba lapus su tankiu plaukelių sluoksniu, kuris apsaugo juos nuo sausros ir blokuoja saulės spindulius, įskaitant UV spindulius. Jie taip pat linkę turėti padidintą cheminę apsaugą nuo žolėdžių, nes po kramtymo reikia daug energijos, kad atsinaujintų.
Už savo daktaro laipsnį. baigiamasis darbas Integracinės biologijos katedroje ir Jepsono herbariume, Lichteris-Marckas, Pietų Kalifornijos gyventojas, kelis mėnesius klajojo po Arizonos, Kalifornijos, Teksaso ir Meksikos dykumas pikapu, lydimas savo mėlynojo kulno Rio. , surinkti šimtus uolienų margų egzempliorių. Kai kurios uolinės ramunės yra vienos dramatiškiausių pavasarį žydinčių dykumoje spalvingais žiedais. Tačiau daugelis apsiriboja mažais geografiniais regionais, kur jie auga tik vertikaliuose uolų paviršiuose arba dangaus salų kalnų grandinėse, todėl juos rinkti pavojinga. Lichter-Marck yra patyręs alpinistas, turintis svarbių įgūdžių lauko darbai nelygioje vietovėje.
Vėliau jis nustatė šių egzempliorių – 73 iš 84 pripažintų uolinių ramunėlių rūšių – DNR ir surašė jų gyvenimo istorijas, pvz., kur jie augo, kokia jų šaknų sistema ir ar jie buvo vienmečiai ar daugiamečiai, žolė ar krūmas. Tada jis palygino jas su suakmenėjusiomis ramunėlėmis, kad sukurtų apytikslę šių savybių raidos ir galimo giminės perėjimo į dykumas laiko juostą.
Tai leido jam padaryti išvadą, kad dauguma uolinių ramunėlių, ypač Laphamia gentis, kuri pirmoji persikėlė į dykumas ir yra didžiausia uolinių ramunėlių gentis, dėl savo savybių prisitaikė prie karščio, sausumo, vėjo ir saulės streso. augimas ant uolų prieš įsiveržiant į dykumas.
„Tai aiškus empirinis demonstravimas to, kas iš pradžių buvo Axelrod hipotezė – dykumos augalų grupė, kilusi iš sauso mikroklimato prieš plačiai išplitus dykumos buveinėms“, – sakė Lichter-Marck. „Tai reiškia, kad sausrai tolerancijos strategijos, kurios yra tokios būdingos dykumos augmenijai, iš tikrųjų gali neatspindėti atsako į sausumą dykumose. Vietoj to, tai gali būti bruožai, kurie anksčiau išsivystė kartu su daug senesniu ir stabilesniu sausu mikroklimatu, pavyzdžiui, uolienų atodangomis atogrąžų aplinkoje.
Išankstinis prisitaikymas gali būti daugelio dykumos augalų, įskaitant kaktusus, kurie, kaip žinoma, gyvena uolų atodangose arba auga kaip epifitai medžių lajose atogrąžų zonose, sėkmės raktas, sakė jis. .
Akmeninės ramunėlės, kurių daugelis gyvena specializuotose buveinėse, dėl kurių jos yra pažeidžiamos išnykimui, pabrėžia, kaip svarbu išsaugoti, atrodo, nišines rūšis.
„Daugelis uolinių ramunėlių yra labai specializuotos, jų paplitimas yra labai siauras ir gali būti vertinamas kaip mažiau reikšmingas visos ekosistemos išlikimui. Evoliucinėje biologijoje ir gamtosaugos biologijoje specializuoti organizmai, turintys siaurą geografinį diapazoną, dažnai laikomi pažeidžiamomis linijomis ir kartais netgi vadinami evoliucinėmis aklavietėmis“, – sakė jis. „Svarbi pasekmė yra ta, kad grupė ekologijos specialistų, augančių ant išsibarsčiusių uolų atogrąžų buveinėse, pradėjo šią didelę radiaciją dykumoje. Taigi, tai iš tikrųjų rodo, kad specialistai nėra tik šios pažeidžiamos giminės, esančios ant išnykimo ribos. Jie iš tikrųjų gali būti tikrai svarbūs evoliucijos naujovių šaltiniai.
Lichteris-Marckas šiuo metu pratęsia savo studijas augalai kurie auga ant uolų atodangose iki Havajų, kur daug retų endeminių rūšių gyvena tik stačių kalnų šonuose. Tačiau jis tikisi panaudoti bepiločius orlaivius, užuot skaldęs pavojingas uolas, kad pasiektų retus egzempliorius.