In un momento in cui il cambiamento climatico sta rendendo molte aree del pianeta più calde e secche, fa riflettere pensare che i deserti siano biomi relativamente nuovi che sono cresciuti considerevolmente negli ultimi 30 milioni di anni. Regioni aride diffuse, come i deserti che oggi ricoprono gran parte del Nord America occidentale, hanno cominciato ad emergere solo negli ultimi 5-7 milioni di anni.
Capire come le piante che hanno invaso questi aspri biomi del deserto sono riuscite a sopravvivere potrebbe aiutare a prevedere come se la caveranno gli ecosistemi in un futuro più secco.
Uno studio intensivo di un gruppo di piante che per prime hanno invaso emergendo deserti ? milioni di anni fa conclude che questi pionieri, le margherite di roccia, non arrivarono privi di equipaggiamento per affrontare il caldo, il sole cocente e la mancanza d'acqua. Avevano sviluppato adattamenti a tali sollecitazioni mentre vivevano su affioramenti rocciosi asciutti ed esposti all'interno di aree più vecchie e umide e persino foreste tropicali, il che ha reso più facile per loro invadere aree aride in espansione.
Il ricercatore dell'Università della California, Berkeley, Isaac Lichter-Marck, e Bruce Baldwin, professore di biologia integrativa all'Università di Berkeley, curatore del Jepson Herbarium e redattore capo di "The Jepson Desert Manual: Vascular Plants of Southeastern California" (2002), hanno pubblicato il loro studio su l'evoluzione delle margherite di roccia nei deserti nordamericani questa settimana nel diario Atti della National Academy of Sciences.
Lo studio è il primo a fornire prove per risolvere un dibattito evolutivo di lunga data: Did iconic piante del deserto, come i maestosi cactus saguaro, i fiammeggianti ocotillos e le agavi seussiane si adattano condizioni aride solo dopo aver invaso i deserti o si sono pre-adattati allo stress della vita nel deserto?
La domanda ha rilevanza oggi, ha affermato Lichter-Marck, perché l'accelerazione dell'aridità dovuta ai cambiamenti climatici sta sfidando le piante ad adattarsi molto più rapidamente di quanto non abbiano fatto in passato. Già, circa un quinto della superficie terrestre della Terra è deserto. Se l'adattamento alle condizioni aride era possibile solo per le piante che si erano già evolute per far fronte a tali stress, allora molte oggi potrebbero non essere dotate di un adeguato kit di strumenti genetici per sopravvivere.
“Se pensi all'aridità solo come uno stimolo all'evoluzione delle piante, allora in molti casi le persone potrebbero dire che queste piante sono sopravvissute, sono adattabili e staranno bene. Trarranno vantaggio da queste nuove condizioni e prospereranno ", ha affermato Lichter-Marck, che è anche ricercatore post-dottorato della National Science Foundation presso l'UCLA.
Ma la storia delle margherite di roccia suggerisce che "quando sono emersi i deserti, quelle piante che avevano i necessari adattamenti preliminari per trarre vantaggio dalle nuove condizioni erano quelle che prosperavano", ha detto. “L'aggiunta di più aridificazione al sistema non significa necessariamente che si verificherà un'evoluzione adattativa più rapida. C'è una fonte limitata di lignaggi che possono trarre vantaggio da nuovi livelli di aridità, e questo è importante per comprendere l'effetto del cambiamento climatico sulla biodiversità».
Sette anni di vagabondaggio nel deserto
I botanici si sono resi conto molto tempo fa che quando le piante invadevano le aree desertiche, si diversificavano rapidamente per riempire le numerose nicchie create da questo nuovo tipo di habitat.
“Anche da 1 milione a 1.5 milioni di anni fa, sarebbe stato difficile trovare habitat desertici diffusi come quelli che vediamo oggi in Nord America, il che è piuttosto sorprendente perché ora i deserti e gli habitat aridi sono il bioma più diffuso sulla terra, disse Lichter-Marck. “Ma durante il tardo Miocene, gli habitat aridi si diffusero e i lignaggi mondiali di piante del deserto, in particolare i lignaggi succulenti come i cactus, le agavi e le piante del ghiaccio, così come molti altri lignaggi tolleranti alla siccità, subirono una rapida diversificazione sincrona. "
I paleontologi hanno sottolineato, tuttavia, che le piante fossilizzate che prosperavano decine di milioni di anni prima della proliferazione dei deserti avevano caratteristiche simili a quelle delle piante del deserto di oggi. Alcuni scienziati, come il defunto paleoecologo Daniel Axelrod dell'UCLA e dell'UC Davis, hanno sostenuto che ciò significava che le piante che oggi prosperano nel deserto si sono evolute prima e sono state preadattate - o espropriate - per sopravvivere alle condizioni del deserto crescendo in micrositi aridi, come affioramenti rocciosi, ombre di pioggia o cime montuose. Altri, come Ledyard Stebbins della UC Berkeley, un biologo evoluzionista che ha contribuito a fondare il Dipartimento di genetica della UC Davis, hanno sostenuto che l'aridità stessa ha spinto le piante a diversificarsi e sviluppare tratti per resistere a secchezza, calore, luce solare intensa e forti venti.
Nonostante le somiglianze tra affioramenti rocciosi e deserti, è stato difficile dimostrare che le piante del deserto discendono da piante già adattate agli stress dell'aridità, in parte perché i fossili si formano raramente in habitat aridi e non possono dirci molto sull'habitat in cui questi antichi le piante stavano crescendo.
A Lichter-Marck e Baldwin, le margherite di roccia, che sono classificate nella tribù Perityleae nella famiglia dei girasoli, sembravano un buon gruppo in cui esplorare la connessione. Alcune specie vivono su rocce asciutte ed esposte nelle aree tropicali del Messico, quelli che potrebbero essere considerati "micro-deserti", mentre altre si sono completamente adattate alle aree desertiche, come il Mojave in California e i deserti del Great Basin, Chihuahuan e Sonora che coprono la maggior parte del Nord America occidentale.
"Le piante che vivono su affioramenti rocciosi affrontano molte delle stesse sfide di quelle che vivono in un habitat arido e desertico", ha detto Lichter-Marck. “Gli affioramenti rocciosi tendono ad essere esposti alla luce UV, al vento e all'asciutto, a condizioni di essiccazione, nonché al caldo e al gelo. Tendono anche ad essere più esposti agli erbivori.
“I modi in cui le piante li affrontano sono diversi, ma di solito comportano una sorta di morfologia radicale specializzata che li aiuta ad ancorarsi negli affioramenti rocciosi, oltre a far fronte alle condizioni di maggiore aridità. E tendono ad avere foglie più piccole o foglie con una fitta copertura di peli che li aiutano a proteggerli dalla siccità e bloccano la luce solare, compresa la luce UV. Tendono anche ad avere difese chimiche potenziate contro gli erbivori, perché ci vuole molta energia per rigenerarsi dopo essere stati sgranocchiati».
Per il suo dottorato di ricerca tesi al Department of Integrative Biology e al Jepson Herbarium, Lichter-Marck, originario della California meridionale, ha vagato per mesi nei deserti dell'Arizona, della California, del Texas e del Messico su un camioncino, accompagnato dal suo tallonatore blu, Rio , per raccogliere centinaia di esemplari di pedane di roccia. Alcune margherite di roccia sono tra le fioriture più spettacolari in primavera, tappezzando il deserto di fiori colorati. Molti, tuttavia, sono limitati a piccole regioni geografiche dove crescono solo su pareti rocciose verticali o catene montuose di Sky Island, rendendoli pericolosi da raccogliere. Lichter-Marck è un alpinista esperto, una competenza importante per lavoro sul campo su terreno accidentato.
Successivamente ha sequenziato il DNA di questi esemplari - 73 delle 84 specie riconosciute di margherite di roccia - e ha catalogato le loro storie di vita, come dove sono cresciute, che tipo di apparato radicale avevano e se erano annuali o perenni, un'erba o un arbusto. Li ha quindi confrontati con margherite fossilizzate per sviluppare una linea temporale approssimativa dell'evoluzione di queste caratteristiche e dell'eventuale spostamento del lignaggio nei deserti.
Ciò gli ha permesso di concludere che la maggior parte delle margherite di roccia, in particolare il genere Laphamia, che è stato il primo a spostarsi nei deserti ed è il più grande genere di margherite di roccia, si era adattata allo stress del caldo, dell'aridità, del vento e del sole in virtù della loro crescita sulle scogliere prima di invadere i deserti.
"Questa è una chiara dimostrazione empirica di quella che era originariamente l'ipotesi di Axelrod: un gruppo di piante del deserto originario di microclimi secchi prima dell'emergere diffuso di habitat desertici", ha affermato Lichter-Marck. “Ciò significa che le strategie per la tolleranza alla siccità che sono così caratteristiche della vegetazione del deserto potrebbero non rappresentare effettivamente le risposte alle condizioni di siccità che si trovano nei deserti. Invece, potrebbero essere tratti che si sono evoluti prima in associazione con microclimi secchi molto più antichi e più stabili, come gli affioramenti rocciosi in ambienti tropicali».
Il preadattamento potrebbe essere la chiave del successo di molte piante del deserto, inclusi i cactus, che sono noti per abitare gli affioramenti rocciosi o crescere come epifite nelle chiome degli alberi all'interno delle aree tropicali, sebbene questi grandi lignaggi richiederebbero un'analisi molto più estesa, ha affermato. .
Le margherite di roccia, molte delle quali vivono in habitat specializzati che le rendono vulnerabili all'estinzione, sottolineano l'importanza di conservare specie apparentemente di nicchia.
“Molte margherite di roccia sono molto specializzate e tendono ad essere molto ristrette nella loro distribuzione e potrebbero essere considerate meno significative per la sopravvivenza dell'ecosistema nel suo complesso. Nella biologia evolutiva e nella biologia della conservazione, gli organismi specializzati con aree geografiche ristrette sono spesso considerati lignaggi vulnerabili e talvolta sono stati persino definiti vicoli ciechi evolutivi ", ha affermato. “Un'implicazione importante qui è che un gruppo di specialisti ecologici che crescono su scogliere sparse in habitat tropicali ha iniziato questa grande radiazione nel deserto. Quindi, in realtà mostra che gli specialisti non sono solo questi lignaggi vulnerabili sull'orlo dell'estinzione. Potrebbero effettivamente essere fonti davvero importanti per l'innovazione nell'evoluzione.
Lichter-Marck sta attualmente estendendo il suo studio di piante che crescono sugli affioramenti rocciosi fino alle Hawai'i, dove molte rare specie endemiche vivono solo sui fianchi di ripide montagne. Tuttavia, invece di scalare scogliere precarie per raggiungere esemplari rari, spera di utilizzare i droni.