İklim değişikliğinin gezegenin birçok bölgesini daha sıcak ve daha kuru hale getirdiği bir zamanda, çöllerin son 30 milyon yılda önemli ölçüde büyüyen nispeten yeni biyomlar olduğunu düşünmek ayıltıcı. Bugün Kuzey Amerika'nın batısının çoğunu kaplayan çöller gibi yaygın kurak bölgeler ancak son 5 ila 7 milyon yıl içinde ortaya çıkmaya başladı.
Bu sert çöl biyomlarını işgal eden bitkilerin nasıl hayatta kalabildiklerini anlamak, ekosistemlerin daha kuru bir gelecekte nasıl ilerleyeceğini tahmin etmeye yardımcı olabilir.
Gelişmekte olan ilk istila eden bir grup bitki üzerine yoğun bir çalışma çöller milyonlarca yıl önce, bu öncülerin - kaya papatyalarının - ısı, kavurucu güneş ve susuzlukla başa çıkmak için donanımsız gelmedikleri sonucuna varılıyor. Daha eski, daha nemli alanlarda ve hatta kuru, açıkta kalan kaya çıkıntılarında yaşarken bu tür baskılara adaptasyonlar geliştirmişlerdi. tropikal ormanlar, bunların hepsi genişleyen kurak alanları işgal etmelerini kolaylaştırdı.
California Üniversitesi, Berkeley araştırmacısı Isaac Lichter-Marck ve UC Berkeley bütünleştirici biyoloji profesörü, Jepson Herbarium'un küratörü ve "The Jepson Desert Manual: Vascular Plants of Southeastern California" (2002) baş editörü Bruce Baldwin, hakkında çalışmalarını yayınladılar. dergide bu hafta Kuzey Amerika çöllerinde kaya papatyalarının evrimi Ulusal Bilimler Akademisi Tutanakları.
Çalışma, uzun süredir devam eden bir evrim tartışmasını çözmek için kanıt sağlayan ilk çalışmadır: İkonik mi? çöl bitkileriGörkemli saguaro kaktüsleri gibi, alevli ocotillos ve Seussian agavları uyum sağlar kurak koşullar sadece çölleri işgal ettikten sonra mı yoksa çöl yaşamının stresine önceden adapte olmuş olarak mı geldiler?
Lichter-Marck, sorunun bugün geçerli olduğunu söyledi, çünkü iklim değişikliği nedeniyle hızlanan kuraklık, bitkileri geçmişte olduğundan çok daha hızlı uyum sağlamaya zorluyor. Halihazırda, Dünya'nın kara yüzeyinin yaklaşık beşte biri çöldür. Kurak koşullara adaptasyon, yalnızca zaten bu tür streslerle başa çıkmak için evrimleşmiş bitkiler için mümkün olsaydı, o zaman bugün birçoğu hayatta kalmak için yeterli bir genetik araç kitiyle donatılmamış olabilir.
"Kuraklığı sadece bitki evrimi için bir uyarıcı olarak düşünürseniz, o zaman birçok durumda insanlar bu bitkilerin hayatta kalanlar olduğunu, uyum sağlayabildiklerini ve iyi olacaklarını söyleyebilirler. Aynı zamanda UCLA'da Ulusal Bilim Vakfı doktora sonrası araştırma görevlisi olan Lichter-Marck, "Bu yeni koşullardan yararlanacaklar ve başarılı olacaklar" dedi.
Ancak kaya papatyalarının tarihi, "çöller ortaya çıktığında, yeni koşullardan yararlanmak için gerekli ön adaptasyonlara sahip olan bitkilerin büyüdüğünü" gösteriyor. "Sisteme daha fazla aridifikasyon eklemek, daha hızlı uyarlanabilir evrimin gerçekleşeceği anlamına gelmez. Yeni kuraklık seviyelerinden yararlanabilecek sınırlı bir soy kaynağı var ve bu, iklim değişikliğinin biyolojik çeşitlilik üzerindeki etkisini anlamak için önemli.”
Çölde dolaşan yedi yıl
Botanistler, bitkilerin çöl alanlarını işgal ettiklerinde, bu yeni yaşam alanı türü tarafından yaratılan birçok nişi doldurmak için hızla çeşitlendiklerini uzun zaman önce fark ettiler.
"1 milyon ila 1.5 milyon yıl önce bile, bugün Kuzey Amerika'da gördüğümüz gibi yaygın çöl habitatları bulmak zor olurdu, bu biraz şaşırtıcı çünkü artık çöller ve kurak habitatlar dünyadaki en yaygın biyom. ” dedi Lichter-Marck. "Fakat geç Miyosen Dönemi boyunca, kuru habitatlar yayıldı ve dünyanın çöl bitkilerinin soyları, özellikle kaktüsler, agavlar ve buz bitkileri gibi etli soyların yanı sıra diğer pek çok kuraklığa dayanıklı soy, eş zamanlı ve hızlı bir çeşitlenme yaşadı. ”
Ancak paleontologlar, çöllerin çoğalmasından on milyonlarca yıl önce gelişen fosilleşmiş bitkilerin, günümüz çöl bitkilerininkine benzer özelliklere sahip olduğuna dikkat çekti. UCLA ve UC Davis'ten eski paleoekolog Daniel Axelrod gibi bazı bilim adamları, bunun, günümüzde çölde yetişen bitkilerin daha önce evrimleştiği ve çöl koşullarında hayatta kalmak için kuru mikro sitelerde büyüyerek önceden uyarlanmış - veya eksaplanmış - anlamına geldiğini savundu. kaya çıkıntıları, yağmur gölgeleri veya dağ tepeleri. UC Davis Genetik Departmanı'nın kurulmasına yardımcı olan evrimci bir biyolog olan UC Berkeley'den Ledyard Stebbins gibi diğerleri, kuraklığın kendisinin bitkileri çeşitlendirmeye ve kuruluğa, sıcağa, yoğun güneş ışığına ve güçlü rüzgarlara dayanacak özellikler geliştirmeye teşvik ettiğini savundu.
Kayalık çıkıntılar ve çöller arasındaki benzerliklere rağmen, çöl bitkilerinin zaten kuraklığın stresine uyum sağlamış bitkilerden türediğini kanıtlamak zor olmuştur, çünkü kısmen fosiller kuru habitatlarda nadiren oluşur ve bize bu eski çağların yaşadığı habitat hakkında pek bir şey söyleyemez. bitkiler büyüyordu.
Lichter-Marck ve Baldwin'e göre, ayçiçeği ailesindeki Perityleae kabilesinde sınıflandırılan kaya papatyaları, bağlantıyı keşfetmek için iyi bir grup gibi görünüyordu. Bazı türler Meksika'nın tropik bölgelerinde ("mikro çöller" olarak kabul edilebilecek) kuru, açıkta kayalıklarda yaşarken, diğerleri Kaliforniya'daki Mojave ve Büyük Havza, Chihuahuan ve Sonoran çölleri gibi çöl alanlarına tamamen uyum sağlamıştır. batı Kuzey Amerika'nın çoğu.
Lichter-Marck, "Kaya çıkıntılarında yaşayan bitkiler, kuru, çöl ortamlarında yaşayanlarla aynı zorlukların çoğuyla karşı karşıyadır" dedi. "Kaya çıkıntıları, UV ışığına, rüzgara ve kuru, kuruyan koşullara, ayrıca ısıya ve dona maruz kalma eğilimindedir. Ayrıca otoburlara daha fazla maruz kalma eğilimindedirler.
"Bitkilerin onlarla başa çıkma yolları çeşitlidir, ancak genellikle, artan kurak koşullarla başa çıkmalarının yanı sıra kaya çıkıntılarına demir atmalarına yardımcı olan bir tür özel kök morfolojisi içerirler. Ve daha küçük yapraklara sahip olma eğilimindedirler veya onları kuraklığa karşı korumaya ve UV ışığı da dahil olmak üzere güneş ışığını engellemeye yardımcı olan yoğun bir tüy örtüsüne sahip yapraklara sahiptirler. Ayrıca otçullara karşı daha yüksek kimyasal savunmaya sahip olma eğilimindedirler, çünkü çiğnendikten sonra yenilenmeleri çok fazla enerji gerektirir.
Doktorası için Güney Kaliforniya yerlisi olan Lichter-Marck, Bütünleştirici Biyoloji Bölümü'nde ve Jepson Herbarium'daki tezi için mavi topuğu Rio ile birlikte bir kamyonette aylarca Arizona, Kaliforniya, Teksas ve Meksika çöllerinde dolaştı. , yüzlerce kaya papatyası örneği toplamak için. Çölü rengarenk çiçeklerle kaplayan bazı kaya papatyaları, baharın en dramatik çiçek açanları arasındadır. Bununla birlikte, çoğu, yalnızca dikey kaya yüzlerinde veya gökyüzü adası sıradağlarında büyüdükleri küçük coğrafi bölgelerle sınırlıdır ve bu da onları toplamayı tehlikeli hale getirir. Lichter-Marck deneyimli bir dağcıdır ve önemli bir beceri setidir. saha çalışması engebeli arazide.
Daha sonra bu örneklerin DNA'sını (73 tanınmış kaya papatyası türünden 84'ü) sıraladı ve nerede büyüdükleri, ne tür bir kök sistemine sahip oldukları ve yıllık mı yoksa çok yıllık mı oldukları gibi yaşam öykülerini katalogladı. bir çalı Daha sonra, bu özelliklerin evriminin kaba bir zaman çizelgesini ve soyun çöllere nihai geçişini geliştirmek için onları fosilleşmiş papatyalarla karşılaştırdı.
Bu, çoğu kaya papatyasının - özellikle çöllere ilk taşınan ve en büyük kaya papatya cinsi olan Laphamia cinsinin - sıcaklık, kuraklık, rüzgar ve güneşin stresine uyum sağladıkları sonucuna varmasına izin verdi. çölleri istila etmeden önce kayalıklarda büyüme.
Lichter-Marck, "Bu, orijinal olarak Axelrod'un hipotezinin - çöl habitatlarının yaygın olarak ortaya çıkmasından önce kuru mikro iklimlerde ortaya çıkan bir çöl bitki grubunun - açık bir ampirik gösterimidir" dedi. "Bunun anlamı, çöl bitki örtüsünün çok karakteristik özelliği olan kuraklığa tolerans stratejilerinin aslında çöllerde bulunan kuru koşullara verilen tepkileri temsil etmeyebileceğidir. Bunun yerine, tropik ortamlardaki kaya çıkıntıları gibi çok daha eski ve daha istikrarlı kuru mikro iklimlerle birlikte daha önce evrimleşmiş özellikler olabilirler.”
Ön adaptasyon, tropik bölgelerdeki ağaçların saçaklarında epifit olarak büyüyen veya kaya çıkıntılarında yaşadığı bilinen kaktüsler de dahil olmak üzere birçok çöl bitkisinin başarısının anahtarı olabilir, ancak bu büyük soylar çok daha kapsamlı bir analiz gerektirecektir, dedi. .
Çoğu özel habitatlarda yaşayan ve onları yok olmaya açık hale getiren kaya papatyaları, niş gibi görünen türleri korumanın önemini vurguluyor.
"Kaya papatyalarının çoğu çok uzmanlaşmıştır ve dağılımları çok dar olma eğilimindedir ve bir bütün olarak ekosistemin hayatta kalması için daha az önemli olarak görülebilir. Evrimsel biyolojide ve koruma biyolojisinde, dar coğrafi aralıklara sahip özel organizmalar genellikle savunmasız soylar olarak kabul edilir ve hatta bazen evrimsel çıkmaz sokaklar olarak adlandırılır” dedi. "Buradaki önemli bir çıkarım, tropik habitatlardaki dağınık kayalıklarda büyüyen bir grup ekolojik uzmanın çölde bu büyük radyasyonu başlatmasıdır. Yani, aslında uzmanların sadece yok olma eşiğindeki bu savunmasız soylar olmadığını gösteriyor. Aslında evrimdeki yenilik için gerçekten önemli kaynaklar olabilirler.”
Lichter-Marck şu anda araştırmasını genişletiyor. bitkiler Pek çok nadir endemik türün yalnızca sarp dağların yamaçlarında yaşadığı Hawai'i'deki kaya çıkıntılarında yetişen. Bununla birlikte, nadir örneklere ulaşmak için tehlikeli uçurumları ölçeklendirmek yerine, dronları kullanmayı umuyor.