기후 변화가 지구의 많은 지역을 더 뜨겁고 건조하게 만들고 있는 시기에 사막이 지난 30천만 년 동안 상당히 성장한 비교적 새로운 생물 군계라고 생각하면 정신이 번쩍 듭니다. 오늘날 북미 서부 대부분을 덮고 있는 사막과 같이 널리 퍼진 건조 지역은 지난 5만~7만년 사이에 나타나기 시작했습니다.
이 가혹한 사막 생물 군계를 침범한 식물이 어떻게 생존할 수 있었는지 이해하면 생태계가 건조한 미래에 어떻게 될지 예측하는 데 도움이 될 수 있습니다.
신흥 식물에 처음 침입한 식물군에 대한 집중 연구 당연한 응보 수백만 년 전에 이 개척자들(바위 데이지)이 더위, 작열하는 태양, 물 부족을 처리할 수 있는 장비를 갖추지 못한 것이 아니라고 결론을 내립니다. 그들은 더 오래되고 더 습한 지역의 건조하고 노출된 암석에 살면서 그러한 스트레스에 대한 적응을 발전시켰으며 심지어 열대 우림, 이 모든 것이 그들이 팽창하는 건조 지역을 더 쉽게 침략하도록 만들었습니다.
UC Berkeley 연구원 Isaac Lichter-Marck와 UC Berkeley 통합 생물학 교수이자 Jepson 식물표본관의 큐레이터이자 "Jepson Desert Manual: Vascular Plants of Southeastern California"(2002)의 편집장인 Bruce Baldwin은 다음과 같은 연구를 발표했습니다. 이번 주 저널에서 북미 사막의 암석 데이지의 진화 과학 국립 아카데미의 절차.
이 연구는 오랜 진화 논쟁을 해결하기 위한 증거를 최초로 제공한 것입니다. 사막 식물, 당당한 saguaro cacti처럼 flaming ocotillos와 Seussian agaves는 다음에 적응합니다. 건조한 조건 사막을 침략한 후에야, 아니면 사막 생활의 스트레스에 미리 적응해 왔습니까?
이 질문은 오늘날 관련성이 있다고 Lichter-Marck는 말했습니다. 왜냐하면 기후 변화로 인해 건조가 가속화되면서 식물이 과거보다 훨씬 더 빨리 적응하는 데 어려움을 겪고 있기 때문입니다. 이미 지구 지표면의 약 XNUMX/XNUMX이 사막입니다. 건조한 조건에 대한 적응이 그러한 스트레스에 대처하도록 이미 진화한 식물에게만 가능했다면 오늘날 많은 식물은 생존을 위한 적절한 유전 도구 키트를 갖추고 있지 않을 수 있습니다.
“건조함을 식물 진화의 자극으로만 생각한다면 많은 경우 사람들은 이 식물이 생존자이고 적응력이 있으며 괜찮을 것이라고 말할 수 있습니다. 그들은 이러한 새로운 조건을 이용하고 번창할 것입니다.
그러나 바위 데이지의 역사는 "사막이 나타났을 때 새로운 조건을 이용하기 위해 필요한 사전 적응을 가진 식물이 번성한 식물이었다"고 그는 말했습니다. “시스템에 더 많은 건조화를 추가한다고 해서 반드시 더 빠른 적응 진화가 일어날 것이라는 의미는 아닙니다. 새로운 수준의 건조함을 이용할 수 있는 혈통의 출처는 제한되어 있으며 이는 기후 변화가 생물 다양성에 미치는 영향을 이해하는 데 중요합니다.”
사막을 배회하는 XNUMX년
식물학자들은 오래 전에 식물이 사막 지역을 침범할 때 이 새로운 유형의 서식지에 의해 만들어진 많은 틈새를 채우기 위해 빠르게 다양화된다는 것을 깨달았습니다.
“1만~1.5만 년 전만 해도 오늘날 북미에서 볼 수 있는 것처럼 광범위한 사막 서식지를 찾기 어려웠을 것입니다. 이는 이제 사막과 건조한 서식지가 지구상에서 가장 널리 퍼진 생물 군계이기 때문에 다소 놀랍습니다. "라고 Lichter-Marck는 말했습니다. “그러나 후기 중신세 시대에는 건조한 서식지가 확산되었고 세계의 사막 식물 혈통, 특히 선인장, 용설란, 얼음 식물과 같은 다육성 혈통은 물론 가뭄에 강한 다른 많은 혈통도 동시에 급속도로 다양화되었습니다. ”
그러나 고생물학자들은 사막이 번성하기 수천만 년 전에 번성했던 화석화된 식물이 오늘날의 사막 식물과 유사한 특징을 가지고 있다고 지적했습니다. UCLA와 UC Davis의 고인이 된 고생물학자 Daniel Axelrod와 UC Davis와 같은 일부 과학자들은 이것이 오늘날 사막에서 번성하는 식물이 더 일찍 진화했으며 사막 환경에서 살아남기 위해 바위 노두, 비 그림자 또는 산꼭대기. UC 버클리의 레드야드 스테빈스(UC Davis 유전학과 설립을 도운 진화 생물학자)와 같은 다른 사람들은 건조함 자체가 식물을 다양화하고 건조, 열, 강한 햇빛, 강한 바람을 견딜 수 있는 특성을 개발하도록 자극했다고 주장했습니다.
암석 노두와 사막 사이의 유사성에도 불구하고 사막 식물이 이미 건조 스트레스에 적응한 식물의 후손이라는 것을 증명하기 어려웠습니다. 식물이 자라고 있었다.
Lichter-Marck와 Baldwin에게 해바라기과의 Perityleae 부족으로 분류되는 바위 데이지는 연관성을 탐색하기에 좋은 그룹으로 보였습니다. 일부 종은 멕시코 열대 지역의 건조하고 노출된 암석("마이크로 사막"으로 간주될 수 있음)에 서식하는 반면 다른 종은 캘리포니아의 모하비, 그레이트 베이슨, 치와와 및 소노라 사막과 같은 사막 지역에 완전히 적응했습니다. 북미 서부 대부분.
Lichter-Marck는 "바위 노두에 사는 식물은 건조한 사막 서식지에 사는 식물과 동일한 문제에 직면해 있습니다."라고 말했습니다. “암석 노두는 열과 서리뿐만 아니라 자외선, 바람, 건조하고 건조한 조건에 노출되는 경향이 있습니다. 그들은 또한 초식 동물에 더 많이 노출되는 경향이 있습니다.
“식물이 그것들을 처리하는 방법은 다양하지만 일반적으로 암석 노두에 고정하고 고조된 건조한 조건을 처리하는 데 도움이 되는 일종의 특수한 뿌리 형태를 포함합니다. 그리고 그들은 더 작은 잎, 또는 가뭄에 대비하고 자외선을 포함한 햇빛을 차단하는 데 도움이 되는 빽빽한 털로 덮인 잎을 갖는 경향이 있습니다. 그들은 또한 초식 동물에 대한 화학적 방어력을 강화하는 경향이 있는데, 그 이유는 우적우물 먹은 후 재생하는 데 많은 에너지가 필요하기 때문입니다.”
그의 박사 학위를 위해. 통합생물학부와 Jepson 식물표본관에서 논문을 발표한 남부 캘리포니아 출신의 Lichter-Marck는 픽업트럭을 타고 한 번에 몇 달 동안 애리조나, 캘리포니아, 텍사스, 멕시코의 사막을 파란색 힐러인 Rio와 함께 돌아다녔습니다. , 수백 개의 암석 표본을 수집합니다. 일부 바위 데이지는 봄에 가장 드라마틱한 블루머에 속하며 다채로운 꽃으로 사막을 뒤덮습니다. 그러나 대부분은 수직 암벽이나 하늘 섬 산맥에서만 자라는 좁은 지역에 국한되어 수집하기가 위험합니다. Lichter-Marck는 숙련된 등산가이며 현장 작업 거친 지형에서.
그는 나중에 확인된 73종의 데이지 종 중 84종인 이 표본의 DNA를 시퀀싱하고 그들이 자란 곳, 뿌리 체계의 유형, 일년초인지 다년생인지, 허브인지 또는 관목. 그런 다음 그는 그것들을 화석화된 데이지와 비교하여 이러한 특성의 진화와 혈통의 궁극적인 사막으로의 이동에 대한 대략적인 타임라인을 개발했습니다.
이를 통해 그는 대부분의 암석 데이지, 특히 처음으로 사막으로 이동했고 가장 큰 암석 데이지 속인 Laphamia 속이 열, 건조, 바람 및 태양의 스트레스에 적응했다고 결론을 내릴 수 있었습니다. 사막을 침범하기 전에 절벽에서 성장합니다.
Lichter-Marck는 “이것은 사막 서식지가 널리 출현하기 전에 건조한 미기후에서 발생한 사막 식물군에 대한 Axelrod의 원래 가설에 대한 명확한 실증적 증명입니다. "이것이 의미하는 바는 사막 식생의 특징인 가뭄 내성 전략이 실제로 사막에서 발견되는 건조한 조건에 대한 반응을 나타내지 않을 수도 있다는 것입니다. 대신, 그들은 열대 환경의 암석 노두와 같이 훨씬 더 오래되고 더 안정적인 건조한 미기후와 관련하여 더 일찍 진화한 특성일 수 있습니다.”
전적응은 암석 노두에 서식하거나 열대 지역의 나무 캐노피에서 착생식물로 자라는 것으로 알려진 선인장을 포함한 많은 사막 식물의 성공에 열쇠가 될 수 있지만 이러한 큰 혈통은 훨씬 더 확장된 분석이 필요하다고 그는 말했습니다. .
멸종 위기에 처한 특수 서식지에 서식하는 바위 데이지는 틈새 종으로 보이는 보호의 중요성을 강조합니다.
“많은 바위 데이지는 매우 전문화되어 분포가 매우 좁은 경향이 있으며 전체 생태계의 생존에 덜 중요하게 보일 수 있습니다. 진화 생물학과 보존 생물학에서 좁은 지리적 범위를 가진 특화된 유기체는 종종 취약한 혈통으로 간주되며 때로는 진화의 막다른 골목이라고 불리기도 합니다.”라고 그는 말했습니다. “여기서 중요한 의미는 열대 서식지의 흩어져 있는 절벽에서 자라는 생태 전문가 그룹이 사막에서 이 주요 방사선을 시작했다는 것입니다. 따라서 실제로 전문가는 멸종 위기에 처한 취약한 혈통이 아니라는 것을 보여줍니다. 그들은 실제로 진화의 혁신을 위한 정말 중요한 원천일 수 있습니다.”
Lichter-Marck는 현재 그의 연구를 확장하고 있습니다. 식물 암석 노두에서 자라며 많은 희귀 고유종이 가파른 산의 측면에만 서식하는 하와이까지. 그러나 그는 희귀한 표본에 도달하기 위해 불안정한 절벽을 확장하는 대신 드론을 사용하기를 희망합니다.