Климаттың өзгеруі планетаның көптеген аймақтарын ыстық әрі құрғақ етіп жатқан уақытта, шөлдер соңғы 30 миллион жыл ішінде айтарлықтай өскен салыстырмалы түрде жаңа биомдар деп ойлаудың өзі таң қалдырады. Бүгінгі таңда Солтүстік Американың көп бөлігін алып жатқан шөлдер сияқты кең таралған құрғақ аймақтар соңғы 5-7 миллион жыл ішінде ғана пайда бола бастады.
Осы қатал шөл биомаларын басып алған өсімдіктердің қалай өмір сүре алатынын түсіну экожүйелердің құрғақ болашақта қалай болатынын болжауға көмектеседі.
Өсімдіктерді алғаш басып алған өсімдіктер тобын қарқынды зерттеу шөлдер Миллиондаған жылдар бұрын бұл ізашарлар — ромашка гүлдері — аптап ыстыққа, күйдіретін күн мен судың тапшылығына қарсы тұру үшін жабдықсыз келген жоқ деген қорытындыға келеді. Олар ескі, ылғалдырақ жерлерде және тіпті құрғақ, ашық тау жыныстарында өмір сүрген кезде мұндай кернеулерге бейімделуді дамытқан. тропикалық ормандар, мұның бәрі олардың кеңейіп бара жатқан құрғақ аймақтарды басып алуын жеңілдетті.
Калифорния университеті, Беркли зерттеушісі Исаак Лихтер-Марк және Брюс Болдуин, UC Беркли интегративті биология профессоры, Джепсон гербарийінің кураторы және «Джепсон шөлінің нұсқаулығы: Оңтүстік-Шығыс Калифорнияның тамырлы өсімдіктері» (2002) бас редакторы Солтүстік Америка шөлдеріндегі ромашкалардың эволюциясы осы аптада журналда Ұлттық ғылым академиясының еңбектері.
Зерттеу бұрыннан келе жатқан эволюциялық пікірталастарды шешуге дәлел келтіретін бірінші зерттеу болып табылады: Белгілі болды шөл өсімдіктері, әдемі сагуаро кактустар сияқты, жалындаған окотиллолар мен Сеусс агавалары бейімделеді құрғақ жағдайлар олар шөлді басып алғаннан кейін ғана, әлде олар шөлдегі тіршіліктің күйзелістеріне алдын ала бейімделіп келді ме?
Бұл сұрақ бүгінгі күні өзекті болып табылады, деді Лихтер-Марк, өйткені климаттың өзгеруіне байланысты құрғақшылықты жеделдету өсімдіктерді бұрынғыға қарағанда тезірек бейімделуге мәжбүр етеді. Қазірдің өзінде жер бетінің бестен бір бөлігін шөлейт алып жатыр. Егер құрғақ жағдайларға бейімделу тек осындай күйзелістерге төтеп бере алатын эволюциялық өсімдіктер үшін ғана мүмкін болса, онда бүгінгі күні көптеген адамдар аман қалу үшін барабар генетикалық құралдар жинағымен жабдықталмаған болуы мүмкін.
«Егер сіз құрғақшылық туралы тек өсімдік эволюциясының ынталандырушысы ретінде ойласаңыз, онда көптеген жағдайларда адамдар бұл өсімдіктерді тірі қалдырады, олар бейімделеді және олар жақсы болады деп айта алады. Олар осы жаңа шарттарды пайдаланады және олар өркендейді», - деді Лихтер-Марк, ол сонымен қатар UCLA-дағы Ұлттық ғылыми қорының докторантурадан кейінгі ғылыми қызметкері.
Бірақ жартас гүлдерінің тарихы «шөлдер пайда болған кезде жаңа жағдайларды пайдалану үшін қажетті алдын-ала бейімделген өсімдіктер гүлденген» деп болжайды. «Жүйеге көбірек аридификацияны қосу міндетті түрде жылдам бейімделу эволюциясы болады дегенді білдірмейді. Құрғақшылықтың жаңа деңгейлерін пайдалана алатын тектердің шектеулі көзі бар және бұл климаттың өзгеруінің биоәртүрлілікке әсерін түсіну үшін маңызды ».
Жеті жыл шөл далада жүрген
Ботаниктер өсімдіктер шөлді жерлерді басып алған кезде, тіршілік ету ортасының осы жаңа түрі жасаған көптеген тауашаларды толтыру үшін тез әртараптанғанын баяғыда түсінді.
«Тіпті 1 миллионнан 1.5 миллион жыл бұрын, біз бүгін Солтүстік Америкада көріп отырғандай кең таралған шөлді мекендерді табу қиын болар еді, бұл таңқаларлық, өйткені қазір шөлдер мен құрғақ мекендеу орындары жер бетіндегі ең кең таралған биома болып табылады. - деді Лихтер-Марк. «Бірақ кеш миоцен дәуірінде құрғақ мекендеу орындары кеңейіп, шөл өсімдіктерінің дүние жүзіндегі тұқымдары, әсіресе кактустар, агавалар және мұз өсімдіктері сияқты шырынды тұқымдар, сондай-ақ көптеген басқа құрғақшылыққа төзімді тұқымдар - синхронды жылдам диверсификациядан өтті. »
Дегенмен, палеонтологтар шөлдердің көбеюінен ондаған миллион жыл бұрын гүлденген қазбаланған өсімдіктердің бүгінгі шөл өсімдіктеріне ұқсас сипаттамаларға ие екенін атап өтті. Кейбір ғалымдар, мысалы, UCLA және UC Дэвистің марқұм палеоэкологы Дэниел Акселрод, бұл шөл далада өсетін өсімдіктердің ертерек эволюцияланғанын және құрғақ микроситтерде өсу арқылы шөлді жағдайлардан аман қалуға алдын ала бейімделген немесе бейімделген дегенді білдіреді деп сендірді. тау жыныстары, жаңбыр көлеңкелері немесе тау шыңдары. Басқалары, мысалы, Дэвис университетінің генетика бөлімін ашуға көмектескен эволюциялық биолог, Берклидегі Ледярд Стеббинс, құрғақшылықтың өзі өсімдіктерді құрғақтыққа, ыстыққа, қарқынды күн сәулесіне және қатты желге төтеп бере алатын қасиеттерді әртараптандыруға және дамытуға итермеледі деп сендірді.
Жартасты беткейлер мен шөлдердің ұқсастығына қарамастан, шөл өсімдіктерінің құрғақшылықтың күйзелістеріне бейімделген өсімдіктерден шыққанын дәлелдеу қиын болды, ішінара қазбалар құрғақ мекендейтін жерлерде сирек пайда болады және бұл ежелгі мекендейтін орта туралы көп айта алмайды. өсімдіктер өсіп тұрды.
Лихтер-Марк пен Болдуинге күнбағыс тұқымдасының Perityleae тайпасына жататын ромашка гүлдері байланыстарды зерттейтін жақсы топ болып көрінді. Кейбір түрлер Мексиканың тропикалық аймақтарындағы құрғақ, ашық жартастарда өмір сүреді - бұл «микро-шөлдер» деп саналуы мүмкін - ал басқалары Калифорниядағы Мохаве және Үлкен бассейн, Чихуахуан және Соноран шөлдері сияқты шөлді аймақтарға толығымен бейімделген. Солтүстік Американың көп бөлігі.
Лихтер-Марк: «Жартастарда тұратын өсімдіктер құрғақ, шөлді мекендейтіндер сияқты көптеген қиындықтарға тап болады», - деді. «Тау жыныстары әдетте ультракүлгін сәулеге, желге және құрғақ, құрғататын жағдайларға, сондай-ақ жылу мен аязға ұшырайды. Олар сондай-ақ шөпқоректілерге көбірек ұшырайды.
«Өсімдіктердің олармен күресу жолдары әртүрлі, бірақ олар әдетте тау жыныстарының үстіңгі қабаттарында бекітуге, сондай-ақ құрғақшылықтың жоғарылауымен күресуге көмектесетін арнайы тамыр морфологиясын қамтиды. Және олар құрғақшылыққа қарсы буферлеуге және күн сәулесін, соның ішінде ультракүлгін сәулелерге тосқауыл қоюға көмектесетін тығыз түктері бар жапырақтары немесе жапырақтары кішірек болады. Олар сондай-ақ шөпқоректілерге қарсы химиялық қорғанысты күшейтеді, өйткені тамақтанғаннан кейін қалпына келтіру үшін көп энергия қажет ».
Ph.D докторы үшін. Интегративті биология кафедрасында және Джепсон гербарийінде диссертациясын қорғады, Оңтүстік Калифорнияның тұрғыны Лихтер-Марк өзінің көк өкшесі Риомен бірге пикапта бірнеше ай бойы Аризона, Калифорния, Техас және Мексика шөлдерін аралады. , жартас гүлінің жүздеген үлгілерін жинау. Кейбір ромашкалар көктемде шөлді түрлі-түсті гүлдермен кілемдеген ең керемет гүлденушілер қатарына жатады. Алайда олардың көпшілігі шағын географиялық аймақтармен шектеледі, олар тек тік жартас беткейлерінде немесе аспан аралдарының тау жоталарында өседі, бұл оларды жинауға қауіпті етеді. Лихтер-Марк - тәжірибелі альпинист, ол үшін маңызды дағдылар жиынтығы далалық жұмыстар өрескел жерлерде.
Кейінірек ол осы үлгілердің ДНҚ-сын – ромашкалардың танылған 73 түрінің 84-ін тізбектеп, олардың қай жерде өскені, тамыр жүйесі қандай болғаны, біржылдық немесе көпжылдық, шөп немесе шөптесін өсімдіктер болғаны сияқты өмірлік тарихын каталогтаған. бұта. Содан кейін ол осы сипаттамалардың эволюциясының және ұрпақтың шөлге ауысуының шамамен уақыт кестесін жасау үшін оларды тасқа айналған ромашкалармен салыстырды.
Бұл оған жартас гүлдерінің көпшілігі, атап айтқанда, шөлдерге бірінші болып қоныс аударған және ең үлкен ромашка тұқымы болып табылатын Laphamia тұқымдасы жылу, құрғақшылық, жел мен күннің күйзелісіне бейімделген деген қорытынды жасауға мүмкіндік берді. шөлді басып алғанға дейін жартастардағы өсу.
Лихтер-Марк: «Бұл бастапқыда Аксельродтың гипотезасының айқын эмпирикалық демонстрациясы - шөлді мекендейтін орталар кең таралғанға дейін құрғақ микроклиматтарда пайда болған шөл өсімдіктері тобы туралы». «Бұл шөл өсімдіктеріне тән құрғақшылыққа төзімділік стратегиялары шын мәнінде шөлдерде кездесетін құрғақ жағдайларға жауап бермеуі мүмкін дегенді білдіреді. Оның орнына, олар тропикалық ортадағы тау жыныстары сияқты әлдеқайда ескі және тұрақты құрғақ микроклиматтармен байланысты бұрын дамыған белгілер болуы мүмкін ».
Алдын ала бейімделу көптеген шөл өсімдіктерінің, соның ішінде тропиктік аймақтардағы ағаштардың шатырларында эпифит ретінде өсетін немесе тропикалық аймақтарда өсетін кактустарды қоса алғанда, бұл үлкен тұқымдар әлдеқайда кеңейтілген талдауды қажет етеді, деді ол. .
Ромашка гүлдері, олардың көпшілігі жойылып кетуге осал ететін мамандандырылған мекендеу орындарында тұрады, тауашалар сияқты көрінетін түрлерді сақтаудың маңыздылығын көрсетеді.
«Көптеген ромашкалар өте мамандандырылған және олардың таралуында өте тар болып келеді және тұтастай алғанда экожүйенің аман қалуы үшін онша маңызды емес болып көрінуі мүмкін. Эволюциялық биологияда және табиғатты қорғау биологиясында тар географиялық диапазоны бар мамандандырылған организмдер көбінесе осал тұқымдар болып саналады және кейде тіпті эволюциялық тұйықтар деп те аталды », - деді ол. «Мұндағы маңызды нәтиже - тропикалық мекендейтін жерлерде шашыраңқы жартастарда өсетін эколог мамандар тобы бұл негізгі радиацияны шөлде бастады. Демек, бұл мамандардың жойылып кету алдында тұрған осал тектері ғана емес екенін көрсетеді. Олар шын мәнінде эволюциядағы инновацияның маңызды көздері болуы мүмкін ».
Лихтер-Марк қазіргі уақытта зерттеуін кеңейтуде өсімдіктер Көптеген сирек эндемикалық түрлер тек тік таулардың бүйірлерінде өмір сүретін Гавайиге дейінгі жартастарда өседі. Сирек кездесетін үлгілерге жету үшін қауіпті жартастарды кеңейтудің орнына, ол дрондарды қолдануға үміттенеді.