Nun momento no que o cambio climático está facendo que moitas áreas do planeta sexan máis quentes e secas, resulta aleccionador pensar que os desertos son biomas relativamente novos que creceron considerablemente nos últimos 30 millóns de anos. As rexións áridas xeneralizadas, como os desertos que hoxe cobren gran parte do oeste de América do Norte, comezaron a xurdir só nos últimos 5 a 7 millóns de anos.
Comprender como puideron sobrevivir as plantas que invadiron estes duros biomas do deserto podería axudar a prever como lles irá aos ecosistemas nun futuro máis seco.
Un estudo intensivo dun grupo de plantas que invadiu por primeira vez emerxentes desertos Hai millóns de anos conclúe que estes pioneiros —as margaridas de rocha— non viñeron desequipados para afrontar a calor, o sol abrasador e a falta de auga. Desenvolveran adaptacións a tales estrés mentres vivían en afloramentos de rochas secas e expostas dentro de áreas máis antigas e húmidas e incluso bosques tropicais, todo o que lles facilitou a invasión de zonas áridas en expansión.
Isaac Lichter-Marck, investigador da Universidade de California, Berkeley e Bruce Baldwin, profesor de bioloxía integradora da UC Berkeley, curador do Herbario de Jepson e editor xefe de "The Jepson Desert Manual: Vascular Plants of Southeastern California" (2002), publicaron o seu estudo sobre a evolución das margaridas de rocha nos desertos norteamericanos esta semana na revista Proceedings, da Academia Nacional de Ciencias.
O estudo é o primeiro en proporcionar probas para resolver un debate evolutivo de longa data: Did iconic plantas do deserto, como os majestuosos cactos saguaro, os ocotillos en chamas e os agaves de Seus adáptanse condicións áridas só despois de que invadiron os desertos, ou viñeron preadaptados ao estrés da vida no deserto?
A pregunta ten relevancia hoxe en día, dixo Lichter-Marck, porque acelerar a aridez debido ao cambio climático é un reto para que as plantas se adapten moito máis rápido que no pasado. Xa, preto dunha quinta parte da superficie terrestre é deserto. Se a adaptación ás condicións áridas só fose posible para as plantas que xa evolucionaran para facer fronte a tales estrés, entón moitas hoxe quizais non estean equipadas cunha ferramenta xenética adecuada para sobrevivir.
"Se pensas na aridez só como un estímulo para a evolución das plantas, en moitos casos a xente podería dicir que estas plantas son sobreviventes, son adaptables e estarán ben. Aproveitarán estas novas condicións e prosperarán", dixo Lichter-Marck, que tamén é investigador posdoutoral da National Science Foundation na UCLA.
Pero a historia das margaridas de rocha suxire que "cando xurdiron os desertos, aquelas plantas que tiñan as preadaptacións necesarias para aproveitar as novas condicións foron as que prosperaron", dixo. "Engadir máis aridificación ao sistema non significa necesariamente que se produza unha evolución adaptativa máis rápida. Hai unha fonte limitada de liñaxes que poden aproveitar novos niveis de aridez, e iso é importante para comprender o efecto do cambio climático na biodiversidade".
Sete anos vagando polo deserto
Os botánicos decatáronse hai tempo de que cando as plantas invadían as zonas desérticas, rapidamente se diversificaban para encher os moitos nichos creados por este novo tipo de hábitat.
"Aínda hai entre 1 e 1.5 millóns de anos, tería sido difícil atopar hábitats desérticos estendidos como os que vemos hoxe en Norteamérica, o que é algo sorprendente porque agora os desertos e os hábitats áridos son o bioma máis estendido na Terra. ", dixo Lichter-Marck. "Pero durante a época do Mioceno tardío, os hábitats secos estendéronse e as liñaxes mundiais de plantas do deserto, especialmente as suculentas como os cactos, os agaves e as plantas de xeo, así como moitas outras liñaxes tolerantes á seca, sufriron unha rápida diversificación sincrónica. ”
Os paleontólogos sinalaron, con todo, que as plantas fosilizadas que prosperaron decenas de millóns de anos antes da proliferación dos desertos tiñan características similares ás das plantas desérticas actuais. Algúns científicos, como o falecido paleoecólogo Daniel Axelrod da UCLA e UC Davis, argumentaron que isto significaba que as plantas que prosperaron no deserto hoxe evolucionaron antes e foron preadaptadas -ou exaptadas- para sobrevivir ás condicións do deserto crecendo en micrositios secos, como afloramentos rochosos, sombras de choiva ou cumios de montañas. Outros, como Ledyard Stebbins da UC Berkeley, un biólogo evolucionista que axudou a fundar o Departamento de Xenética da UC Davis, argumentaron que a propia aridez estimulou as plantas a diversificarse e desenvolver características para soportar a sequedade, a calor, a luz solar intensa e os ventos fortes.
A pesar das semellanzas entre os afloramentos rochosos e os desertos, foi difícil demostrar que as plantas do deserto descenden de plantas xa adaptadas ás tensións da aridez, en parte porque os fósiles raramente se forman en hábitats secos e non nos poden dicir moito sobre o hábitat no que estes antigos as plantas medraban.
Para Lichter-Marck e Baldwin, as margaridas de rocha, que se clasifican na tribo Perityleae na familia dos xirasols, parecían un bo grupo no que explorar a conexión. Algunhas especies viven en rochas secas e expostas en áreas tropicais de México -o que poderían considerarse "microdesertos"-, mentres que outras se adaptaron totalmente a zonas desérticas, como o Mojave en California e a Gran Conca, os desertos de Chihuahuán e Sonora que cobren. a maior parte do oeste de América do Norte.
"As plantas que viven en afloramentos rochosos enfróntanse a moitos dos mesmos desafíos que aquelas que viven nun hábitat seco e desértico", dixo Lichter-Marck. "Os afloramentos rochosos tenden a estar expostos á luz UV, ao vento e ás condicións secas e desecantes, así como á calor e ás xeadas. Tamén tenden a estar máis expostos aos herbívoros.
"As formas en que as plantas tratan con eles son diversas, pero normalmente implican algún tipo de morfoloxía radicular especializada que lles axuda a ancorarse nos afloramentos rochosos, así como a afrontar as condicións áridas elevadas. E tenden a ter follas máis pequenas, ou follas cunha densa cuberta de pelos que axudan a protexelos contra a seca e bloquean a luz solar, incluída a luz UV. Tamén adoitan ter unhas defensas químicas elevadas contra os herbívoros, porque necesitan moita enerxía para rexenerarse despois de ser masticadas.
Polo seu doutoramento. tese no Departamento de Bioloxía Integrativa e no Herbario Jepson, Lichter-Marck, un nativo do sur de California, percorreu os desertos de Arizona, California, Texas e México durante meses nunha camioneta, acompañado do seu tacón azul, Río. , para recoller centos de exemplares de margaritas rochosas. Algunhas margaridas de rocha atópanse entre as floracións máis espectaculares da primavera, alfombrando o deserto con flores de cores. Moitos, porén, limítanse a pequenas rexións xeográficas onde crecen só en rochas verticais ou cordilleiras de illas ceo, polo que é perigoso de recoller. Lichter-Marck é un alpinista experimentado, un conxunto de habilidades importante para traballo de campo en terreo accidentado.
Posteriormente secuenciou o ADN destes exemplares -73 das 84 especies recoñecidas de margarida de rocha- e catalogou a súa historia de vida, como onde creceron, que tipo de sistema radicular tiñan e se eran anuais ou perennes, unha herba ou unha herba. un arbusto. Despois comparounas con margaridas fosilizadas para desenvolver unha cronoloxía aproximada da evolución destas características e do eventual cambio da liñaxe aos desertos.
Isto permitiulle concluír que a maioría das margaridas de rocha -en particular, o xénero Laphamia, que foi o primeiro en moverse cara aos desertos e é o maior xénero de margaridas de rocha- se adaptaron ao estrés da calor, a aridez, o vento e o sol en virtude da súa crecemento nos acantilados antes de invadir os desertos.
"Esta é unha clara demostración empírica do que orixinalmente era a hipótese de Axelrod: un grupo de plantas do deserto orixinado en microclimas secos antes da aparición xeneralizada de hábitats desérticos", dixo Lichter-Marck. "O que isto significa é que as estratexias de tolerancia á seca que son tan características da vexetación do deserto poden non representar respostas ás condicións secas que se atopan nos desertos. Pola contra, poderían ser trazos que evolucionaron antes en asociación con microclimas secos moito máis antigos e estables, como os afloramentos de rochas en ambientes tropicais.
A preadaptación pode ser a clave para o éxito de moitas plantas do deserto, incluídos os cactos, que se sabe que habitan en afloramentos rochosos ou crecen como epífitas nas copas das árbores dentro de áreas tropicais, aínda que estas grandes liñaxes requirirían unha análise moito máis extensa, dixo. .
As margaridas de rocha, moitas das cales viven en hábitats especializados que as fan vulnerables á extinción, destacan a importancia de conservar especies aparentemente de nicho.
"Moitas das margaridas de rocha son moi especializadas e tenden a ser moi estreitas na súa distribución e poderían verse como menos significativas para a supervivencia do ecosistema no seu conxunto. Na bioloxía evolutiva e na bioloxía da conservación, os organismos especializados con rangos xeográficos estreitos adoitan considerarse liñaxes vulnerables e ás veces mesmo foron chamados cales sen saída evolutiva", dixo. "Unha implicación importante aquí é que un grupo de especialistas ecolóxicos que creceu en acantilados dispersos en hábitats tropicais iniciou esta importante radiación no deserto. Entón, en realidade demostra que os especialistas non son só estas liñaxes vulnerables ao bordo da extinción. En realidade poderían ser fontes realmente importantes para a innovación na evolución".
Lichter-Marck está actualmente ampliando o seu estudo sobre plantas que crecen en afloramentos rochosos ata Hawai'i, onde moitas especies endémicas raras viven só nos lados de montañas escarpadas. Non obstante, en lugar de escalar acantilados precarios para chegar a exemplares raros, espera usar drones.