気候変動が地球の多くの地域をより暑く乾燥させている現在、砂漠が過去 30 万年の間にかなり成長した比較的新しい生物群系であると考えると冷静になります。 今日の北アメリカ西部の大部分を占める砂漠のような広大な乾燥地域は、過去 5 万年から 7 万年の間に出現し始めました。
これらの過酷な砂漠のバイオームに侵入した植物がどのように生き残ることができたかを理解することは、生態系がより乾燥した未来にどのように進むかを予測するのに役立ちます.
出現する最初に侵入した植物のグループの集中的な研究 砂漠 何百万年も前に、これらのパイオニアであるヒナギクは、暑さ、灼熱の太陽、水の不足に対処するための装備を備えていなかったわけではないと結論付けています. 彼らはそのようなストレスへの適応を発達させ、乾燥した露出した岩の露頭に住んでいて、より古く、より湿った地域や、さらには 熱帯林、これらすべてが、拡大する乾燥地域への侵入を容易にしました。
カリフォルニア大学バークレー校の研究者であるアイザック リヒター マークとブルース ボールドウィンは、UC バークレー校の統合生物学の教授であり、ジェプソン植物標本館の学芸員であり、「ジェプソン砂漠マニュアル: カリフォルニア州南東部の維管束植物」(2002) の編集長でもあります。ジャーナルの今週の北アメリカの砂漠のヒナギクの進化 米国科学アカデミー紀要.
この研究は、長年にわたる進化論争を解決するための証拠を提供した最初の研究です。 砂漠の植物堂々たるサグアロ サボテンのように、燃えるようなオコティロとスーシアン アガベは 乾燥した状態 彼らが砂漠に侵入した後でしょうか、それとも砂漠での生活のストレスに事前に適応したのでしょうか?
Lichter-Marck 氏によると、気候変動による乾燥の加速により、植物は以前よりもはるかに迅速に適応することが困難になっているため、この問題は今日でも関連性があるとのことです。 すでに、地球の陸地表面の約 XNUMX 分の XNUMX が砂漠です。 乾燥条件への適応が、そのようなストレスに対処するためにすでに進化した植物にのみ可能である場合、今日の多くは生き残るための適切な遺伝的ツールキットを備えていない可能性があります.
「乾燥を植物の進化への刺激としてのみ考えれば、多くの場合、これらの植物は生存者であり、順応性があり、問題ないと言うことができます。 彼らはこれらの新しい条件を利用し、繁栄するでしょう」と、UCLA の全米科学財団ポスドク研究員でもある Lichter-Marck 氏は述べています。
しかし、ヒナギクの歴史は、「砂漠が出現したとき、新しい条件を利用するために必要な事前適応を備えた植物が繁栄したものだった」ことを示唆しています. 「システムにさらに乾燥化を加えることは、必ずしもより急速な適応進化が起こることを意味するわけではありません. 新しいレベルの乾燥を利用できる系統のソースは限られていますが、これは生物多様性に対する気候変動の影響を理解する上で重要です。」
砂漠をさまようXNUMX年間
植物学者は、植物が砂漠地帯に侵入したとき、この新しいタイプの生息地によって作成された多くのニッチを埋めるために急速に多様化したことにずっと前に気づきました.
「1 万年から 1.5 万年前でさえ、今日の北アメリカで見られるような広大な砂漠の生息地を見つけることは困難でした。現在、砂漠と乾燥した生息地は地球上で最も広く普及している生物群系であるため、これは驚くべきことです。 」 リヒター・マルクは言いました。 「しかし、中新世後期には、乾燥した生息地が広がり、世界の砂漠植物の系統、特にサボテン、リュウゼツラン、アイス プラントなどの多肉植物の系統、および他の多くの干ばつ耐性の系統が同時に急速に多様化しました。 」
しかし、古生物学者は、砂漠が増殖する何千万年も前に繁栄した化石化した植物が、今日の砂漠の植物と同様の特徴を持っていたことを指摘しました。 UCLA と UC Davis の故古生態学者 Daniel Axelrod のような一部の科学者は、これは、今日砂漠で繁栄している植物がより早く進化し、乾燥したマイクロサイトで成長することによって砂漠の条件を生き残るために事前に適応 (または拡張) されたことを意味すると主張しました。岩の露頭、雨の影、または山頂。 カリフォルニア大学バークレー校の進化生物学者であり、カリフォルニア大学デービス校の遺伝学部門の設立に貢献したレッドヤード・ステビンズのような他の研究者は、乾燥自体が植物の多様化を促し、乾燥、暑さ、強烈な日光、強風に耐える形質を発達させたと主張した。
岩の露頭と砂漠の類似点にもかかわらず、砂漠の植物が乾燥のストレスにすでに適応した植物の子孫であることを証明することは困難でした。植物が育っていました。
Lichter-Marck と Baldwin にとって、ヒマワリ科の Perityleae 族に分類されるロック ヒナギクは、つながりを探るのに適したグループのように思えました。 一部の種は、メキシコの熱帯地域の乾燥した露出した岩に生息しています。これは「マイクロ砂漠」と見なされる可能性がありますが、他の種は、カリフォルニアのモハベやグレートベースン、チワワ、ソノラ砂漠などの砂漠地域に完全に適応しています。北米西部の大部分。
「岩の露頭に生息する植物は、乾燥した砂漠の生息地に生息する植物と同じ課題の多くに直面しています」とリヒター・マークは言いました。 「岩の露頭は、熱や霜だけでなく、紫外線、風、乾燥、乾燥状態にさらされる傾向があります。 彼らはまた、草食動物にさらされる傾向があります。
「植物がそれらに対処する方法はさまざまですが、通常、岩の露頭に定着し、乾燥した状態に対処するのに役立つ、ある種の特殊な根の形態が含まれます. そして、それらはより小さな葉、または干ばつからそれらを緩衝し、紫外線を含む日光を遮断するのに役立つ毛で密に覆われた葉を持つ傾向があります. また、むしゃむしゃ食べた後の再生には多くのエネルギーが必要なため、草食動物に対する化学的防御を強化する傾向があります。」
彼の博士号のために。 統合生物学科とジェプソン植物標本館での論文で、南カリフォルニア出身のリヒター・マークは、アリゾナ、カリフォルニア、テキサス、メキシコの砂漠をピックアップトラックで何ヶ月も歩き回った。 、何百ものロックデイズの標本を収集します。 いくつかのヒナギクは、春に最もドラマチックな花を咲かせ、色とりどりの花で砂漠を覆います。 しかし、多くは地理的に狭い地域に限定されており、垂直の岩肌や空の島の山脈にのみ生育するため、収集するのは危険です. Lichter-Marck は経験豊富な登山家であり、登山家にとって重要なスキルセットです。 フィールドワーク 荒れた地形で。
彼は後に、これらの標本の DNA 配列を決定し (確認されている 73 種のヒナギクの種のうち 84 種)、それらの生活史をカタログ化しました。低木。 次に、それらを化石化したヒナギクと比較して、これらの特性の進化の大まかなタイムラインと、系統の最終的な砂漠への移行を作成しました。
これにより、彼は、ほとんどのヒナギク、特に、最初に砂漠に移動し、ヒナギクの最大の属であるラファミア属が、熱、乾燥、風、太陽のストレスに適応したと結論付けました。砂漠に侵攻する前の崖での成長。
「これは、砂漠の生息地が広範に出現する前に、乾燥した微気候に由来する砂漠の植物群というアクセルロッドの仮説を明確に実証したものです。」 「これが意味することは、砂漠の植生に非常に特徴的な干ばつ耐性の戦略は、実際には砂漠で見られる乾燥状態への反応を表していない可能性があるということです. 代わりに、それらは、熱帯環境の岩の露出など、はるかに古く、より安定した乾燥した微気候に関連して、より早く進化した特性である可能性があります.
サボテンを含む多くの砂漠の植物の成功の鍵は、前適応である可能性があります。これらの植物は、岩の露頭に生息するか、熱帯地域内の木の天蓋で着生植物として成長することが知られていますが、これらの大規模な系統には、より広範な分析が必要になると彼は言いました。 .
ヒナギクの多くは特殊な生息地に生息しており、絶滅の危機にさらされているため、一見ニッチな種を保護することの重要性が強調されています。
「多くのヒナギクは非常に特殊化されており、分布が非常に狭い傾向があり、生態系全体の存続にとってそれほど重要ではないと見なされる可能性があります. 進化生物学と保全生物学では、狭い地理的範囲を持つ特殊な生物は、脆弱な系統と見なされることが多く、進化の行き止まりと呼ばれることさえあります」と彼は言いました. 「ここでの重要な意味は、熱帯の生息地に点在する崖で成長した生態学的専門家のグループが、砂漠でこの主要な放射線を開始したということです。 したがって、実際には、専門家は絶滅の危機に瀕しているこれらの脆弱な血統だけではないことが示されています. それらは実際、進化におけるイノベーションにとって非常に重要な源になるかもしれません。」
Lichter-Marck は現在、 植物 多くの希少な固有種が険しい山の側面にのみ生息するハワイの岩の露頭に生えています。 ただし、不安定な崖をスケーリングして希少な標本に到達する代わりに、ドローンを使用したいと考えています。