Σε μια εποχή που η κλιματική αλλαγή κάνει πολλές περιοχές του πλανήτη πιο ζεστές και ξηρές, είναι απογοητευτικό να πιστεύουμε ότι οι έρημοι είναι σχετικά νέα βιομάζα που έχουν αναπτυχθεί σημαντικά τα τελευταία 30 εκατομμύρια χρόνια. Ευρέως διαδεδομένες άνυδρες περιοχές, όπως οι έρημοι που σήμερα καλύπτουν μεγάλο μέρος της δυτικής Βόρειας Αμερικής, άρχισαν να εμφανίζονται μόνο τα τελευταία 5 έως 7 εκατομμύρια χρόνια.
Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα φυτά που εισέβαλαν σε αυτά τα σκληρά βιομάζα της ερήμου μπόρεσαν να επιβιώσουν θα μπορούσε να βοηθήσει στην πρόβλεψη του πώς θα τα πάνε τα οικοσυστήματα σε ένα πιο ξηρό μέλλον.
Μια εντατική μελέτη μιας ομάδας φυτών που εισέβαλαν για πρώτη φορά στα αναδυόμενα δίκαιη τιμωρία πριν από εκατομμύρια χρόνια καταλήγει στο συμπέρασμα ότι αυτοί οι πρωτοπόροι —οι βραχώδεις μαργαρίτες— δεν ήταν άοπλοι για να αντιμετωπίσουν τη ζέστη, τον καυτό ήλιο και την έλλειψη νερού. Είχαν αναπτύξει προσαρμογές σε τέτοιες καταπονήσεις ενώ ζούσαν σε ξηρές, εκτεθειμένες πέτρες σε παλαιότερες, πιο υγρές περιοχές και ακόμη τροπικά δάση, όλα τα οποία τους διευκόλυνε να εισβάλουν σε επεκτεινόμενες άνυδρες περιοχές.
Ο ερευνητής του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια, ο Isaac Lichter-Marck και ο Bruce Baldwin, καθηγητής ολοκληρωμένης βιολογίας στο UC Berkeley, επιμελητής του Jepson Herbarium και αρχισυντάκτης του «The Jepson Desert Manual: Vascular Plants of Southeastern California» (2002), δημοσίευσαν τη μελέτη τους σχετικά με η εξέλιξη των μαργαριτών βράχου στις ερήμους της Βόρειας Αμερικής αυτή την εβδομάδα στο περιοδικό Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών.
Η μελέτη είναι η πρώτη που παρέχει στοιχεία για την επίλυση μιας μακροχρόνιας εξελικτικής συζήτησης: Did iconic φυτά της ερήμου, όπως οι επιβλητικοί κάκτοι saguaro, οι φλεγόμενοι ωκοτίλλοι και οι Seussian αγαύες προσαρμόζονται σε άνυδρες συνθήκες μόνο αφού εισέβαλαν στις ερήμους ή ήρθαν προ-προσαρμοσμένοι στις πιέσεις της ζωής στην έρημο;
Το ερώτημα έχει σημασία σήμερα, είπε ο Lichter-Marck, επειδή η επιτάχυνση της ξηρασίας λόγω της κλιματικής αλλαγής προκαλεί τα φυτά να προσαρμοστούν πολύ πιο γρήγορα από ό,τι στο παρελθόν. Ήδη, περίπου το ένα πέμπτο της επιφάνειας της γης είναι έρημος. Εάν η προσαρμογή σε άνυδρες συνθήκες ήταν δυνατή μόνο για φυτά που είχαν ήδη εξελιχθεί για να αντιμετωπίσουν τέτοιες καταπονήσεις, τότε πολλά σήμερα μπορεί να μην είναι εξοπλισμένα με ένα κατάλληλο γενετικό κιτ εργαλείων για να επιβιώσουν.
«Αν σκεφτείτε την ξηρασία μόνο ως ερέθισμα για την εξέλιξη των φυτών, τότε σε πολλές περιπτώσεις οι άνθρωποι θα μπορούσαν να πουν ότι αυτά τα φυτά επιζούν, είναι προσαρμοστικά και θα είναι καλά. Θα εκμεταλλευτούν αυτές τις νέες συνθήκες και θα ευδοκιμήσουν», δήλωσε ο Lichter-Marck, ο οποίος είναι επίσης μεταδιδακτορικός ερευνητής του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών στο UCLA.
Αλλά η ιστορία των μαργαριτών βράχου υποδηλώνει ότι «όταν εμφανίστηκαν οι έρημοι, εκείνα τα φυτά που είχαν τις απαραίτητες προ-προσαρμογές για να επωφεληθούν από τις νέες συνθήκες ήταν αυτά που ευδοκίμησαν», είπε. «Η προσθήκη περισσότερης ξηρότητας στο σύστημα δεν σημαίνει απαραίτητα ότι θα συμβεί πιο γρήγορη προσαρμοστική εξέλιξη. Υπάρχει μια περιορισμένη πηγή γενεαλογιών που μπορούν να επωφεληθούν από νέα επίπεδα ξηρασίας και αυτό είναι σημαντικό για την κατανόηση της επίδρασης της κλιματικής αλλαγής στη βιοποικιλότητα».
Επτά χρόνια περιπλανώμενος στην έρημο
Οι βοτανολόγοι συνειδητοποίησαν πριν από πολύ καιρό ότι όταν τα φυτά εισέβαλαν σε περιοχές της ερήμου, γρήγορα διαφοροποιήθηκαν για να γεμίσουν τις πολλές θέσεις που δημιουργήθηκαν από αυτόν τον νέο τύπο οικοτόπου.
«Ακόμη και πριν από 1 εκατομμύριο έως 1.5 εκατομμύριο χρόνια, θα ήταν δύσκολο να βρεθούν ευρέως διαδεδομένοι βιότοποι ερήμου όπως βλέπουμε σήμερα στη Βόρεια Αμερική, κάτι που προκαλεί έκπληξη γιατί τώρα οι έρημοι και τα άνυδρα ενδιαιτήματα είναι το πιο διαδεδομένο βίωμα στη γη. », είπε ο Lichter-Marck. «Αλλά κατά τη διάρκεια της ύστερης εποχής του Μειόκαινου, οι ξηροί βιότοποι εξαπλώθηκαν και οι γενεαλογίες των φυτών της ερήμου στον κόσμο, ειδικά οι χυμώδεις γενεαλογίες όπως οι κάκτοι, οι αγαύες και τα φυτά στον πάγο - καθώς και πολλές άλλες ανεκτικές στην ξηρασία γενεαλογίες - υπέστησαν μια σύγχρονη ταχεία διαφοροποίηση. ”
Οι παλαιοντολόγοι επεσήμαναν, ωστόσο, ότι τα απολιθωμένα φυτά που ευδοκίμησαν δεκάδες εκατομμύρια χρόνια πριν από τον πολλαπλασιασμό των ερήμων είχαν χαρακτηριστικά παρόμοια με εκείνα των φυτών της ερήμου σήμερα. Μερικοί επιστήμονες, όπως ο αείμνηστος παλαιοοικολόγος Daniel Axelrod από το UCLA και το UC Davis, υποστήριξαν ότι αυτό σήμαινε ότι τα φυτά που ευδοκίμησαν στην έρημο σήμερα εξελίχθηκαν νωρίτερα και είχαν προ-προσαρμοσθεί -ή εξαρθρωθεί- για να επιβιώσουν στις συνθήκες της ερήμου αναπτύσσοντας σε ξηρές μικροθέσεις, όπως π.χ. προεξοχές βράχων, σκιές βροχής ή βουνοκορφές. Άλλοι, όπως ο Ledyard Stebbins του UC Berkeley, ένας εξελικτικός βιολόγος που βοήθησε στην ίδρυση του Τμήματος Γενετικής του UC Davis, υποστήριξε ότι η ίδια η ξηρασία ώθησε τα φυτά να διαφοροποιήσουν και να αναπτύξουν χαρακτηριστικά που αντέχουν στην ξηρότητα, τη ζέστη, το έντονο ηλιακό φως και τους δυνατούς ανέμους.
Παρά τις ομοιότητες μεταξύ βραχωδών εξάρσεων και ερήμων, ήταν δύσκολο να αποδειχθεί ότι τα φυτά της ερήμου προέρχονται από φυτά ήδη προσαρμοσμένα στις πιέσεις της ξηρασίας, εν μέρει επειδή τα απολιθώματα σπάνια σχηματίζονται σε ξηρούς οικοτόπους και δεν μπορούν να μας πουν πολλά για τον βιότοπο στον οποίο αυτοί οι αρχαίοι φυτά μεγάλωναν.
Για τους Lichter-Marck και Baldwin, οι μαργαρίτες βράχου, οι οποίες κατατάσσονται στη φυλή Perityleae στην οικογένεια των ηλίανθων, φαινόταν σαν μια καλή ομάδα για να εξερευνήσετε τη σύνδεση. Μερικά είδη ζουν σε ξηρούς, εκτεθειμένους βράχους σε τροπικές περιοχές του Μεξικού - που θα μπορούσαν να θεωρηθούν «μικρο-έρημοι» - ενώ άλλα έχουν προσαρμοστεί πλήρως σε περιοχές της ερήμου, όπως το Mojave στην Καλιφόρνια και το Great Basin, οι έρημοι Chihuahuan και Sonoran που καλύπτουν το μεγαλύτερο μέρος της δυτικής Βόρειας Αμερικής.
«Τα φυτά που ζουν σε εξάρσεις βράχων αντιμετωπίζουν πολλές από τις ίδιες προκλήσεις με εκείνα που ζουν σε έναν ξηρό, έρημο βιότοπο», είπε ο Lichter-Marck. «Τα πετρώματα τείνουν να εκτίθενται σε υπεριώδη ακτινοβολία, άνεμο και ξηρές συνθήκες ξηρασίας, καθώς και σε θερμότητα και παγετό. Τείνουν επίσης να εκτίθενται περισσότερο σε φυτοφάγα ζώα.
«Οι τρόποι με τους οποίους τα φυτά αντιμετωπίζουν είναι διαφορετικοί, αλλά συνήθως περιλαμβάνουν κάποιο είδος εξειδικευμένης μορφολογίας ριζών που τα βοηθά να αγκυροβολούν σε εξάρσεις βράχων, καθώς και να αντιμετωπίζουν τις υψηλές ξηρές συνθήκες. Και τείνουν να έχουν μικρότερα φύλλα ή φύλλα με πυκνό κάλυμμα από τρίχες που τους βοηθούν να προστατευτούν από την ξηρασία και εμποδίζουν το ηλιακό φως, συμπεριλαμβανομένου του φωτός UV. Τείνουν επίσης να έχουν αυξημένη χημική άμυνα κατά των φυτοφάγων, επειδή χρειάζεται πολλή ενέργεια για να αναγεννηθεί μετά το τσιμπολόγημα».
Για το διδακτορικό του. διατριβή στο Τμήμα Ολοκληρωμένης Βιολογίας και στο Ερμπόριο Jepson, ο Lichter-Marck, ένας ντόπιος της Νότιας Καλιφόρνια, περιπλανήθηκε στις ερήμους της Αριζόνα, της Καλιφόρνια, του Τέξας και του Μεξικού για μήνες κάθε φορά σε ένα φορτηγό, συνοδευόμενος από το μπλε τακούνι του, το Ρίο , για να συλλέξει εκατοντάδες δείγματα βράχων μαργαριτών. Ορισμένες μαργαρίτες είναι από τις πιο δραματικές ανθισμένες την άνοιξη, καλύπτοντας την έρημο με πολύχρωμα άνθη. Πολλά, ωστόσο, περιορίζονται σε μικρές γεωγραφικές περιοχές όπου αναπτύσσονται μόνο σε κάθετες όψεις βράχων ή σε οροσειρές ουρανών νησιών, γεγονός που καθιστά επικίνδυνη τη συλλογή τους. Ο Lichter-Marck είναι ένας έμπειρος ορειβάτης, ένα σημαντικό σύνολο δεξιοτήτων για έρευνα πεδίου σε ανώμαλο έδαφος.
Αργότερα ανέλυσε την αλληλουχία του DNA αυτών των δειγμάτων -73 από τα 84 αναγνωρισμένα είδη μαργαρίτας- και κατέγραψε τις ιστορίες της ζωής τους, όπως πού μεγάλωσαν, τι τύπο ριζικού συστήματος είχαν και αν ήταν ετήσια ή πολυετή, βότανο ή ένας θάμνος. Στη συνέχεια τα συνέκρινε με απολιθωμένα μαργαρίτες για να αναπτύξει ένα πρόχειρο χρονοδιάγραμμα της εξέλιξης αυτών των χαρακτηριστικών και της τελικής μετατόπισης της γενεαλογίας στις ερήμους.
Αυτό του επέτρεψε να συμπεράνει ότι οι περισσότερες βραχώδεις μαργαρίτες - ιδιαίτερα το γένος Laphamia, το οποίο ήταν το πρώτο που μετακινήθηκε στις ερήμους και είναι το μεγαλύτερο γένος βράχου μαργαρίτας - είχαν προσαρμοστεί στο άγχος της ζέστης, της ξηρασίας, του ανέμου και του ήλιου λόγω των ανάπτυξη σε γκρεμούς πριν εισβάλουν στις ερήμους.
"Αυτή είναι μια σαφής εμπειρική απόδειξη αυτού που ήταν αρχικά η υπόθεση του Axelrod - μιας ομάδας φυτών της ερήμου που προέρχεται από ξηρά μικροκλίματα πριν από την ευρεία εμφάνιση των οικοτόπων της ερήμου", δήλωσε ο Lichter-Marck. «Αυτό σημαίνει ότι οι στρατηγικές για την ανοχή στην ξηρασία που είναι τόσο χαρακτηριστικές της βλάστησης της ερήμου μπορεί να μην αντιπροσωπεύουν στην πραγματικότητα απαντήσεις στις ξηρές συνθήκες που συναντώνται στις ερήμους. Αντίθετα, θα μπορούσαν να είναι χαρακτηριστικά που εξελίχθηκαν νωρίτερα σε συνδυασμό με πολύ παλαιότερα και πιο σταθερά ξηρά μικροκλίματα, όπως οι εξάρσεις βράχων σε τροπικά περιβάλλοντα».
Η προπροσαρμογή μπορεί να είναι το κλειδί για την επιτυχία πολλών φυτών της ερήμου, συμπεριλαμβανομένων των κάκτων, οι οποίοι είναι γνωστό ότι κατοικούν σε εξάρσεις βράχων ή αναπτύσσονται ως επίφυτα στους θόλους των δέντρων σε τροπικές περιοχές, αν και αυτές οι μεγάλες γενεαλογίες θα απαιτούσαν πολύ πιο εκτεταμένη ανάλυση, είπε. .
Οι βραχώδεις μαργαρίτες, πολλές από τις οποίες ζουν σε εξειδικευμένους βιότοπους που τις καθιστούν ευάλωτες στην εξαφάνιση, υπογραμμίζουν τη σημασία της διατήρησης των φαινομενικά εξειδικευμένων ειδών.
«Πολλές από τις μαργαρίτες βράχου είναι πολύ εξειδικευμένες και τείνουν να είναι πολύ στενές στην κατανομή τους και μπορεί να θεωρηθούν λιγότερο σημαντικές για την επιβίωση του οικοσυστήματος στο σύνολό της. Στην εξελικτική βιολογία και στη βιολογία διατήρησης, οι εξειδικευμένοι οργανισμοί με στενές γεωγραφικές περιοχές θεωρούνται συχνά ευάλωτες γενεαλογίες και μερικές φορές έχουν ονομαστεί ακόμη και εξελικτικά αδιέξοδα», είπε. «Μια σημαντική συνέπεια εδώ είναι ότι μια ομάδα οικολογικών ειδικών που αναπτύσσονται σε διάσπαρτους βράχους σε τροπικούς βιότοπους ξεκίνησε αυτή τη μεγάλη ακτινοβολία στην έρημο. Έτσι, στην πραγματικότητα δείχνει ότι οι ειδικοί δεν είναι μόνο αυτές οι ευάλωτες γενεαλογίες στα όρια της εξαφάνισης. Ίσως είναι πραγματικά σημαντικές πηγές για καινοτομία στην εξέλιξη».
Ο Lichter-Marck επεκτείνει αυτήν τη στιγμή τη μελέτη του φυτά που αναπτύσσονται σε εξάρσεις βράχων στη Χαβάη, όπου πολλά σπάνια ενδημικά είδη ζουν μόνο στις πλαγιές απόκρημνων βουνών. Ωστόσο, αντί να κλιμακώσει τις επισφαλείς πλαγιές των βράχων για να φτάσει σε σπάνια δείγματα, ελπίζει να χρησιμοποιήσει drones.