À une époque où le changement climatique rend de nombreuses régions de la planète as well as chaudes et as well as sèches, il est décourageant de penser que les déserts sont des biomes relativement nouveaux qui se sont considérablement développés au cours des 30 derniers tens of millions d’années. Des régions arides étendues, comme les déserts qui couvrent aujourd’hui une grande partie de l’ouest de l’Amérique du Nord, n’ont commencé à émerger qu’au cours des 5 à 7 derniers millions d’années.
Comprendre remark les plantes qui ont envahi ces biomes désertiques difficiles ont pu survivre pourrait aider à prédire comment les écosystèmes se comporteront dans un avenir plus sec.
Une étude intensive d’un groupe de plantes qui ont envahi pour la première fois les déserts émergents il y a des thousands and thousands d’années conclut que ces pionnières – les marguerites des rochers – n’étaient pas déséquipées pour faire experience à la chaleur, au soleil brûlant et au manque d’eau. Ils avaient développé des diversifications à de tels worry tout en vivant sur des affleurements rocheux secs et exposés dans des zones moreover anciennes et as well as humides et même des forêts tropicales, ce qui leur permettait d’envahir plus facilement les zones arides en enlargement.
L’étude de l’Université de Californie à Berkeley, le chercheur Isaac Lichter-Marck est la première à fournir des preuves pour résoudre un débat évolutif de longue date : les plantes emblématiques du désert, comme les majestueux cactus saguaro, les ocotillos flamboyants et les agaves seussiens, se sont-elles adaptées à problems arides seulement après avoir envahi les déserts. Ou sont-ils venus préadaptés au stress de la vie dans le désert ?
La question est pertinente aujourd’hui, a déclaré Lichter-Marck, car or truck l’accélération de l’aridité owing au changement climatique oblige les plantes à s’adapter beaucoup as well as rapidement qu’elles ne l’ont fait par le passé. Déjà, environ un cinquième de la surface area terrestre de la Terre est désertique. Si l’adaptation aux conditions arides n’était possible que pour les plantes qui avaient déjà évolué pour faire deal with à de tels strain, alors beaucoup aujourd’hui pourraient ne pas être équipées d’une trousse d’outils génétiques adéquate pour survivre.
“Si vous considérez l’aridité uniquement comme un stimulant de l’évolution des plantes, alors dans de nombreux cas, les gens pourraient dire que ces plantes sont des survivantes, qu’elles s’adaptent et qu’elles iront bien. Elles profiteront de ces nouvelles situations et prospéreront, ” a déclaré Lichter-Marck, qui est également chercheur postdoctoral de la National Science Foundation à l’UCLA.
Mais l’histoire des marguerites des rochers suggère que “lorsque les déserts ont émergé, les plantes qui avaient les préadaptations nécessaires pour tirer parti des nouvelles conditions étaient celles qui ont prospéré”, a-t-il déclaré. “Ajouter as well as d’aridification au système ne signifie pas nécessairement qu’une évolution adaptative plus rapide se produira. Il existe une supply limitée de lignées qui peuvent tirer parti de nouveaux niveaux d’aridité, et c’est significant pour comprendre l’effet du changement climatique sur la biodiversité.”
ont publié leur étude sur l’évolution des marguerites rocheuses dans les déserts nord-américains. cette semaine dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences.
Sept ans à errer dans le désert
Les botanistes se sont rendus compte depuis longtemps que lorsque les plantes envahissaient les zones désertiques, elles se diversifiaient rapidement pour combler les nombreuses niches créées par ce nouveau form d’habitat.
“Même il y a 1 à 1,5 million d’années, il aurait été difficile de trouver des habitats désertiques répandus comme nous en voyons aujourd’hui en Amérique du Nord, ce qui est assez surprenant vehicle les déserts et les habitats arides sont désormais le biome le moreover répandu sur terre, », a déclaré Lichter-Marck. “Mais à la fin du Miocène, les habitats secs se sont répandus et les lignées mondiales de plantes du désert, en particulier les lignées succulentes comme les cactus, les agaves et les plantes de glace – ainsi que de nombreuses autres lignées tolérantes à la sécheresse – ont subi une évolution rapide synchrone. diversification.”
Les paléontologues ont cependant souligné que les plantes fossilisées qui prospéraient des dizaines de hundreds of thousands d’années avant la prolifération des déserts avaient des caractéristiques similaires à celles des plantes désertiques d’aujourd’hui. Certains scientifiques, comme feu le paléoécologue Daniel Axelrod de l’UCLA et de l’UC Davis, ont fait valoir que cela signifiait que les plantes qui prospéraient dans le désert aujourd’hui avaient évolué additionally tôt et étaient préadaptées – ou exaptées – pour survivre aux ailments du désert en poussant dans des microsites secs, tels que affleurements rocheux, ombres de pluie ou sommets de montagne. D’autres, comme Ledyard Stebbins de l’UC Berkeley, un biologiste de l’évolution qui a aidé à fonder le département de génétique de l’UC Davis, ont fait valoir que l’aridité elle-même incitait les plantes à se diversifier et à développer des characteristics pour résister à la sécheresse, à la chaleur, à la lumière intensive du soleil et aux vents violents.
Malgré les similitudes entre les affleurements rocheux et les déserts, il a été difficile de prouver que les plantes du désert descendent de plantes déjà adaptées aux contraintes de l’aridité, en partie parce que les fossiles se forment rarement dans les habitats secs et ne peuvent pas nous en dire beaucoup sur l’habitat dans lequel ces anciens les plantes poussaient.
Pour Lichter-Marck et Baldwin, les marguerites de roche, qui sont classées dans la tribu Perityleae de la famille des tournesols, semblaient être un bon groupe pour explorer la connexion. Certaines espèces vivent sur des roches sèches et exposées dans les régions tropicales du Mexique – ce qui pourrait être considéré comme des “micro-déserts” – tandis que d’autres se sont pleinement adaptées aux zones désertiques, comme le Mojave en Californie et les déserts du Grand Bassin, de Chihuahuan et de Sonoran. qui couvrent la majeure partie de l’ouest de l’Amérique du Nord.
“Les plantes qui vivent sur des affleurements rocheux sont confrontées aux mêmes défis que celles qui vivent dans un habitat sec et désertique”, a déclaré Lichter-Marck. “Les affleurements rocheux ont tendance à être exposés à la lumière UV, au vent et à des ailments sèches et desséchantes, ainsi qu’à la chaleur et au gel. Ils ont également tendance à être in addition exposés aux herbivores.
“Les façons dont les plantes les traitent sont diverses, mais elles impliquent généralement une sorte de morphologie racinaire spécialisée qui les aide à s’ancrer dans les affleurements rocheux, ainsi qu’à faire facial area aux disorders arides accrues. Et elles ont tendance à avoir des feuilles moreover petites, ou des feuilles. avec une couverture dense de poils qui les aide à se protéger contre la sécheresse et à bloquer la lumière du soleil, y compris les rayons UV. Ils ont également tendance à avoir des défenses chimiques renforcées contre les herbivores, motor vehicle il faut beaucoup d’énergie pour se régénérer après avoir été grignotés.
Pour son doctorat. thèse au Département de biologie intégrative et à l’herbier Jepson, Lichter-Marck, originaire du sud de la Californie, a parcouru les déserts de l’Arizona, de la Californie, du Texas et du Mexique pendant des mois d’affilée dans une camionnette, accompagné de son talonneur bleu, Rio, pour collecter des centaines de spécimens de tribunes rocheuses. Certaines marguerites de roche sont parmi les floraisons les plus spectaculaires du printemps, tapissant le désert de fleurs colorées. Beaucoup, cependant, sont limités à de petites régions géographiques où ils ne poussent que sur des parois rocheuses verticales ou des chaînes de montagnes d’îles célestes, ce qui les rend dangereux à collecter. Lichter-Marck est un alpiniste expérimenté, une compétence importante pour le travail sur le terrain en terrain accidenté.
In addition tard, il a séquencé l’ADN de ces spécimens — 73 des 84 espèces reconnues de marguerite des rochers — et a catalogué leurs histoires de vie, comme où ils ont grandi, quel sort de système racinaire ils avaient, et s’ils étaient annuels ou vivaces, un une herbe ou un arbuste. Il les a ensuite comparées à des marguerites fossilisées pour développer une chronologie approximative de l’évolution de ces caractéristiques et du passage éventuel de la lignée dans les déserts.
Cela lui a permis de conclure que la plupart des marguerites rocheuses – en particulier le genre Laphamia, qui a été le premier à se déplacer dans les déserts et est le additionally grand style de marguerites rocheuses – s’étaient adaptées au pressure de la chaleur, de l’aridité, du vent et du soleil en vertu de leur croissance sur les falaises avant d’envahir les déserts.
“Il s’agit d’une démonstration empirique claire de ce qui était à l’origine l’hypothèse d’Axelrod – d’un groupe de plantes du désert originaire de microclimats secs avant l’émergence généralisée d’habitats désertiques”, a déclaré Lichter-Marck. “Cela signifie que les stratégies de tolérance à la sécheresse qui sont si caractéristiques de la végétation désertique pourraient ne pas réellement représenter des réponses aux circumstances sèches rencontrées dans les déserts. Au lieu de cela, elles pourraient être des traits qui ont évolué as well as tôt en association avec des microclimats secs beaucoup furthermore anciens et plus stables. comme les affleurements rocheux en milieu tropical.”
La préadaptation peut être la clé du succès de nombreuses plantes du désert, y compris les cactus, qui sont connus pour habiter les affleurements rocheux ou pousser comme épiphytes dans les cimes des arbres dans les zones tropicales, bien que ces grandes lignées nécessitent une analyse beaucoup additionally approfondie, a-t-il déclaré..
Les marguerites de roche, dont beaucoup vivent dans des habitats spécialisés qui les rendent vulnérables à l’extinction, soulignent l’importance de conserver des espèces apparemment niches.
“Beaucoup de marguerites de roche sont très spécialisées et ont tendance à être très étroites dans leur distribution et peuvent être considérées comme moins importantes pour la survie de l’écosystème dans son ensemble. En biologie évolutive et en biologie de la conservation, des organismes spécialisés avec des aires géographiques étroites sont souvent considérés comme des lignées vulnérables et ont même parfois été qualifiés d’impasses évolutives », a-t-il déclaré. “Une implication importante ici est qu’un groupe de spécialistes écologiques poussant sur des falaises dispersées dans des habitats tropicaux a commencé ce rayonnement majeur dans le désert. Ainsi, cela montre en fait que les spécialistes ne sont pas seulement ces lignées vulnérables au bord de l’extinction. Ils pourraient en fait être des sources vraiment importantes pour l’innovation dans l’évolution.”
Lichter-Marck étend actuellement son étude des plantes qui poussent sur les affleurements rocheux à Hawai’i, où de nombreuses espèces endémiques rares ne vivent que sur les flancs des montagnes escarpées. Au lieu d’escalader des falaises précaires pour atteindre des spécimens rares, cependant, il espère utiliser des drones.
Le travail a été financé par le Smithsonian Establishment Fellowship Method, Philomathia Basis, UC Berkeley Office of Integrative Biology, College of California All-natural Reserve Program, Culture of Systematic Biologists, American Modern society of Plant Taxonomists, California Native Plant Society, California Botanical Society, Californie du Sud Les botanistes et le Fonds Lawrence R. Heckard de l’herbier Jepson.