기록상 최악의 가뭄으로 3 년 동안 캘리포니아의 농부들은 물 부족을 해결하기 위해 조치를 취했습니다. 일부 농부들은 지하 깊은 곳에서 새로운 우물을 뚫었습니다. 다른 사람들은 농작물을 뿌리기에 충분한 물이있을 때까지 가뭄을 기다리고,필드 경작 떠나고있다. 아직도 다른 농부들은 더 친환경적이고 습한 지역으로 이사했습니다.
자연이 충분한 물을주지 않으면 농부들은 해결책을 찾기 위해 두뇌,힘,많은 기술을 사용합니다. 그 해결책이 보일지도 모르다 처럼 영리한,몇몇은 진짜로 새로운 모두 이다. 많은 사막 식물은 가뭄을 이기기 위하여 유사한 전략에 의지하고-년의 수천 그렇지 않으면 수백만을 위해 이렇게 했다.
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미국 남서부와 멕시코 북부의 사막에서 토종 식물은 생존하고 심지어 번성하는 놀라운 트릭을 생각해 냈습니다. 놀랍게도,이 식물들은 처벌 적으로 건조한 조건에 일상적으로 대처합니다. 여기서 식물은 한 방울의 비를 보지 않고 1 년을 갈 수 있습니다.
그들이 어떻게 관리하는지는 과학자들의 관심을 끌었다. 이 연구자들은 생존하고 번식하기 위해 사막 식물이 사용하는 모든 종류의 전략을 밝혀 내고 있습니다. 예를 들어,메스 키트 트리는 다른 곳에서 더 나은 조건을 찾는 데 중요합니다. 이 식물은 스스로 할 수없는 움직이기보다는 동물에 의존하여 씨앗을 먹은 다음 대변으로 흩어집니다. 한편,크레오소트 부시는 토양의 미생물과 파트너 관계를 맺고 있습니다. 그 미생물은 지속적으로 덥고 건조한 기후에서 생활의 진짜 스트레스를 살아남을 수 있도록. 그리고 많은 야생화는 그들을 오래 버틸 수 있도록 할 수있는 방법으로 자신의 씨앗과 도박—그리고 아웃 폭스-심지어 최악의 가뭄.
물 깊이 파기
소노 란 사막은 캘리포니아 주 애리조나에 위치하고 있습니다.,북부 멕시코. 낮 여름 기온은 종종 최고 40,000,000 섭씨(104,000,000 화씨). 사막은 겨울에 식는다. 밤의 온도는 이제 동결 이하로 떨어질 수 있습니다. 사막은 여름과 겨울에 비가 오는 계절과 함께 일년 중 가장 건조합니다. 그러나 비가 올 때,사막은 많은 물을하지 않습니다. 이 식물들이 적응하는 한 가지 방법은 매우 깊은 뿌리를 키우는 것입니다. 그 뿌리는 토양 표면 아래까지 지하 물 소스를 활용합니다.
벨벳 메스키트(프로소피스 벨루티나)는 소노란 사막에서 흔히 볼 수 있는 관목이다. 뿌리는 50 미터(164 피트)이상 내려갈 수 있습니다. 그것은 11 층 건물보다 더 큽니다. 이것은 콩과 관련된 관목 인 완전히 자란 메스 키트의 갈증을 없애는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 모종은 새싹이 나기 시작할 때 다른 해결책을 찾아야합니다.
씨앗이 뿌리를 내리기 전에,씨앗이 자라기 좋은 곳에 착륙해야 한다. 씨앗은 걸을 수 없기 때문에 다른 방법으로 퍼져 나갑니다. 한 가지 방법은 바람을 타는 것입니다. 메스 키트는 다른 접근 방식을 취합니다.
이 식물들 각각은 수백,심지어 수천 마리의 종자를 생산합니다. 꼬투리는 녹색 콩 같이 많게 보고 그러나 달콤한 감미로운 맛본다. 그들은 또한 매우 영양가가 있습니다. 동물(사람 포함)은 말린 메스 키트 꼬투리를 먹을 수 있습니다. 그러나 달콤한 꼬투리 안에서 자라는 씨앗 자체는 바위처럼 단단합니다. 동물이 꼬투리를 먹을 때,씨의 단단한 코팅은 많은 것을 씹기에 의해 분쇄되는 도주하는 것을 허용한다. 단단한 씨는 창자를 통해서 도중 내내 여행한다. 결국,그들은 똥에,다른 쪽을 나와. 동물은 종종 움직이기 때문에 사막 전체에 씨앗을 흘릴 수 있습니다.
먹는 것은 두 번째 방법으로 메스 키트에도 도움이됩니다. 그것의 씨에 단단한 코팅은 또한 그(것)들로 얻는 물 어렵게 만든다. 그리고 그것은 싹이 트기 위하여 씨를 위해 필요하다. 그러나 어떤 동물이 깍지를 먹을 때,그것의 창자에 있는 소화 주스는 지금 씨의 외투를 나눕니다. 그 씨앗이 마침내 동물의 배설물에 배설되면 마침내 성장할 준비가 될 것입니다.
물론 잘 자라려면 각 메스 키트 씨앗은 여전히 좋은 곳에 착륙해야합니다. 메스 키트는 일반적으로 개울이나 아로요 근처에서 가장 잘 자랍니다. 아로요스는 비가 내린 후 잠시 동안 물으로 채우는 건조한 시냇물입니다. 동물이 술을 마시러 시내로 가서 근처에서 사업을 한다면,메스 키트 씨앗은 운이 좋다. 동물의 배설물은 또한 성장하기 시작할 때 각 씨앗에 약간의 비료 패키지를 제공합니다.
뿌리 내리기
동물이 사막을 가로 질러 메스 키트 씨앗을 뿌린 후에는 씨앗이 즉시 싹이 트지 않습니다. 대신,그들은 때로는 수십 년 동안 비가 오기를 기다립니다. 충분한 비가 내리면 씨앗이 싹을 틔울 것입니다. 이제 그들은 시계 반대 경주에 직면 해 있습니다. 물이까지 건조하기 전에 그 씨앗은 신속하게 깊은 뿌리를 내려 보내야합니다.
스티븐 알 아처는 이것이 어떻게 작동하는지 연구합니다. 그는 투싼 애리조나 대학의 생태 학자이다. 그것은 소노 란 사막의 중심부에 있습니다. “나는 식물과 동물,토양과 기후,그리고 그들이 모두 서로 어떻게 상호 작용 하는지를 의미하는 생태 시스템을 연구합니다.”라고 그는 설명합니다.
소노 란 사막은 길고 지속적인 비가 내리지 않는다고 그는 지적했다. 대부분의 비는 짧은 작은 파열에 빠진다. 각각은 토양의 상단 인치(2.5 센티미터)를 적시기에 충분한 물만 제공 할 수 있습니다. “그러나 올해의 특정 시간 동안,”아처 노트,”우리는 물 그 펄스의 꽤 몇 가지를 얻을.”맥박은 짧은 비의 파열이다. 그것은 몇 분에서 한 시간 동안 지속될 수 있습니다.
아처와 그의 팀은 두 종의 식물이 이러한 맥박에 어떻게 반응하는지보고 싶었습니다. 전문가들은 벨벳 메스 키트와 관련 관목 인 고양이 발톱 아카시아(아카시아 그레기)로 작업했습니다. 테스트에서,과학자들은 물 다양한 양의 씨앗을 묻은. 그들은 펄스의 다양한 번호를 전달. 나중에 그들은 씨앗이 얼마나 빨리 싹이 트고 뿌리가 자랐는지 측정했습니다.
떨어지는 폭풍 2 센티미터(0.8 인치)비는 메스 키트 또는 아카시아 관목의 씨앗이 발아하기에 충분한 물 이상을 제공합니다. 그 많은 비는 20 일 동안 토양의 상단 2.5 센티미터를 젖게 할 수 있습니다.그 기간은 매우 중요합니다. 각 모종은”그것은 필연적으로 올 것이다 긴 건조 기간을 살아 남기 위해 발아 후 처음 몇 주 동안 충분히 깊은 뿌리를 얻을 수있다”아처는 설명. 소노 란 사막에서,사실,모든 다년생 식물의 1/4-몇 년 동안 사는 식물-그들이 발아 후 처음 20 일 안에 죽습니다.
온실 내부에서 과학자들은 벨벳 메스 키트와 고양이 발톱 아카시아의 씨앗을 심었습니다. 그런 다음 16 일 또는 17 일 동안 5.5~10 센티미터(2.2~3.9 인치)의 물로 물기를 적셨습니다. 실험이 끝나면 과학자들은 식물의 성장을 측정했습니다.
메스 키트 씨앗은 빠르게 발아했다. 그들은 평균 4.3 일 후에 돋아났다. 대조적으로 아카시아 씨앗은 7.3 일이 걸렸습니다. 메스 키트는 또한 더 깊은 뿌리를 자랐습니다. 가장 많은 물을받은 식물의 경우,메스 키트 뿌리는 평균 깊이 34.8 센티미터(13.7 인치)로 자랐으며,이는 단지 29 에 비해 증가했습니다.아카시아 5 센티미터. 두 종 모두에서 뿌리는 식물이받은 물 1 센티미터를 추가로 섭취 할 때마다 더 오래 자랐습니다. 아카시아는 땅 위에서 더 자랐고,콩스키트는 대부분의 에너지를 가능한 한 빨리 깊은 뿌리를 자라게 했다.
깊은 뿌리를 매우 빠르게 성장하면 메스 키트의 생존을 보장 할 수 있습니다. 한 연구는 다른 유형을 보았다,꿀 메스 키트(피.글 랜드 뇨사). 발아 후 첫 2 주 동안 생존 한이 종의 대부분의 어린 식물은 적어도 2 년 동안 생존했습니다. 그 연구는 2014 년 1 월 27 일에 출판되었습니다.
식물 친화적 인 박테리아
또 다른 일반적인 사막 식물 인 크레오소트 덤불은 다른 생존 전략을 채택했습니다. 그것은 깊은 뿌리에 전혀 의존하지 않습니다. 아직도,식물은 진짜 사막 생존자입니다. 가장 오래된 크레오소트 부시,킹 클론이라고 캘리포니아에있는 식물,11,700 년 된 것으로 추정된다. 그것은 처음 발아 할 때,인간은 단지 농장하는 방법을 배우고 있었다 너무 오래입니다. 그것은 고대 이집트의 피라미드보다 훨씬 오래되었습니다.
라레아 트리덴타타라고도 알려진 이 식물은 소노란과 모하비 사막의 넓은 지역에서 매우 흔합니다. (모하비는 소노 란 북쪽에 있으며 캘리포니아,애리조나,네바다 및 유타의 일부를 포함합니다.)크레오소트 부시의 작고 기름진 잎은 강한 냄새가 난다. 그들을 만지면 손이 끈적 거릴 것입니다. 메스 키트와 마찬가지로 크레오소트는 새로운 식물로 자랄 수있는 씨앗을 생산합니다. 그러나이 식물은 또한 종을 계속 유지하는 두 번째 방법에 의존합니다:그것은 스스로를 복제합니다.
복제는 스타 워즈 영화에서 뭔가처럼 들릴 수도 있지만,식물의 많은이 방법을 재현 할 수 있습니다. 일반적인 예는 감자입니다. 감자는 조각으로 자르고 심을 수 있습니다. 각 조각에”눈”이라는 움푹 들어간 곳이 포함되어있는 한 새로운 감자 식물이 자라야합니다. 그것은 유전자 부모 감자와 같은 새로운 감자를 생산할 예정 이다.
새로운 크레오소트 식물이 약 90 년 동안 살고 나면,스스로 복제되기 시작한다. 감자와는 달리,크레오소트 덤불은 그들의 뿌리가 트렁크를 만나는 식물의 부분 인 크라운에서 새로운 가지를 자랍니다. 이 새로운 가지들은 그들 자신의 뿌리를 개발합니다. 그 뿌리는 토양에 0.9~4.6 미터(3~15 피트)의 새로운 가지를 고정시킵니다. 결국 식물의 오래된 부분이 죽습니다. 이제 자신의 뿌리에 의해 고정 된 새로운 성장은 살아 있습니다.
식물이 성숙함에 따라 크고 불규칙한 원을 형성한다. 중앙에는 크레오소트 식물의 오래되고 죽은 부분이 썩습니다. 새로운 클론이 성장하고 둘레에 뿌리를 내립니다.
데이비드 크라 울리는 캘리포니아 리버 사이드 대학의 환경 미생물 학자이다. 그는 현미경 없이 보기 에는 너무 작은 환경에 있는 생물을 공부한다. 2012 년에 그는 클론 왕이 어떻게 그렇게 얕은 뿌리로 오래 살 수 있었는지 배우고 싶었습니다.
이 식물은”일년 내내 비가 내리지 않는 지역에 위치하고 있습니다.”라고 크로울리는 지적합니다. “그러나이 식물은 모래 토양,물 없음,낮은 영양분 등 가장 극한 조건에서 11,700 년 동안 생존하고 있습니다. 그것은 매우 뜨겁다.”그의 팀은 식물 성장을 촉진하는 데 도움이 될 토양 박테리아를 정찰하고 싶었습니다.
크라 울리와 그의 팀은 박테리아가 식물에 어떻게 유익한지 연구합니다. 그들은 다른 박테리아의 많은 킹 클론의 뿌리 근처에 살고 그들이 살아 고대 크레오소트 부시를 유지하는 데 도움이 있다는 가설을 개발했다.
과학자들은 클론 왕의 뿌리를 파고 들었다. 그런 다음 전문가들은 이 토양에 사는 박테리아를 확인했습니다. 그들은 세균의 유전자를 연구함으로써 이것을 했습니다. 대부분의 박테리아는 식물이 다른 방식으로 자라는 데 도움이되는 유형이었습니다. 식물의 건강의 일부인 크라 울리는 이제 그 뿌리에 특히 좋은 미생물을 추적 할 수 있다고 결론 지었다.”
일부 박테리아는 식물 성장 호르몬을 생산했습니다. 호르몬은 세포에 신호를 보내는 화학 물질로,언제 어떻게 발달하고,성장하고,죽을 지 알려줍니다. 토양의 다른 박테리아는 식물을 아프게하는 세균과 싸울 수 있습니다. 과학자들은 또한 스트레스에 대한 식물의 반응을 방해하는 박테리아를 발견했습니다.
짠 토양,극심한 열 또는 물 부족-모두 식물에 스트레스를 줄 수 있습니다. 스트레스를 받으면 식물은”성장을 멈춰야한다”는 메시지를 보내 응답 할 수 있습니다. 그것은 단지 붙잡고 살아 남기 위해 노력해야한다”고 크라 울리는 말한다.
식물은 에틸렌(에트-어-린)가스를 생성하여 조직에 경고한다. 식물은이 호르몬을 이상한 방식으로 만듭니다. 이 화학 물질은 식물 뿌리,식물 뿌리,식물 뿌리,식물 뿌리,식물 뿌리,식물 뿌리,식물 뿌리,식물 뿌리,식물 뿌리,식물 뿌리,식물 뿌리,식물 뿌리,식물 뿌리,식물 뿌리,식물 뿌리,식물 뿌리,식물 뿌리,식물 뿌리,식물 뿌리,식물 뿌리. 뿌리에서,아크는 에틸렌 가스로 개조될 식물을 위로 이동합니다. 그러나 박테리아는 그 과정을 방해 할 수 있습니다. 그렇게되면 식물은 성장을 멈추라는 자체 메시지를 결코 얻지 못합니다.
스트레스가 너무 심해지면—물도 너무 적거나 온도가 매우 높으면-이 끊임없는 성장으로 인해 식물이 죽을 것입니다. 그러나 스트레스가 충분히 작 으면 식물은 잘 살아남는다고 크라 울리 팀은 배웠습니다. 그것은 미생물 생태학 저널에 그 결과를 발표했다.
도박 꽃
메스 키트와 크레오소트는 모두 다년생 식물입니다. 즉,이 관목은 몇 년 동안 살고 있다는 것을 의미합니다. 많은 야생화를 포함한 다른 사막 식물은 연간입니다. 이 식물은 1 년 동안 산다. 그것은 그들이 죽기 전에 씨앗을 생산할 수있는 단 하나의 기회를 남깁니다.
이제 그 씨앗들 하나 하나가 폭풍우에 따라 발아했다고 상상해 보라. 건조한 주문이 뒤 따르고 모든 작은 묘목이 죽으면 식물은 번식에 실패했을 것입니다. 실제로,그것이 모든 종류의 식물에 일어난다면,그 종은 멸종 될 것입니다.
다행히 일부 야생화,그 일이 아니다,제니퍼 그레머 관찰. 그녀는 미국 지질조사국의 생태학자입니다. 그레 머는 투손의 애리조나 대학교에서 일하면서 야생화 씨앗이 나쁜 선택을 피하는 방법을 연구했습니다.”때때로 베팅을하는 사람들은 같은 전략을 사용합니다. 식물,전략은 돈을 승리에 대한 아니다,하나. 그것은 그 종의 생존에 관한 것입니다.
베터는 때때로 베팅을 헤지합니다. 즉 시도하고 위험을 제한하는 방법입니다. 예를 들어,캔자스 시티 로열스가 2014 년 월드 시리즈에서 우승 할 친구에게 5 달러를 베팅했다면 모든 돈을 잃어 버렸을 것입니다. 내기를 헤지하기 위해,당신은 로열스가 월드 시리즈를 잃을 것이라고 다른 친구$2 를 베팅 할 수 있습니다. 그런 식으로,왕족이 잃었을 때,당신은 5 달러를 잃었지만 2 달러를 얻었습니다. 그것은 여전히 상처를 입었을 수도 있지만,아마도 당신이 5 달러를 모두 잃은 것처럼 나쁘지는 않을 것입니다.
소노 란 사막의 야생화도 베팅을 헤지합니다. 그들이 위험 회피하고 있는 내기는:”나가 올해에 성장하는 경우에,나가 죽기 전에 나는 씨를 더 생성할 수 있다.
사막의 야생화가 1,000 개의 씨앗을 만들어낸다고 상상해 보라. 첫 해에는 200 개의 씨앗 만 발아합니다. 그게 내기야. 나머지 800 종자는 울타리입니다. 그들은 단지 거짓말을하고 기다립니다.
그 첫 해가 매우 비가 오는 경우,200 씨앗은 꽃으로 성장에 좋은 기회를 가질 수있다. 각각 차례로 더 많은 씨앗을 생산할 수 있습니다. 그러나 1 년이 매우 건조한 경우,발아 한 씨앗의 대부분은 아니더라도 많은 사람들이 죽을 것입니다. 이 씨앗 중 어느 것도 재현 할 수 없습니다. 그러나 헤지 덕분에 식물은 두 번째 기회를 얻습니다. 그것은 여전히 토양에 800 개의 더 많은 씨앗을 가지고 있으며,각 씨앗은 내년,그 다음 해 또는 10 년 후에 자랄 수 있습니다. 비가 올 때마다
헤징에는 위험이 있습니다. 새와 다른 사막 동물은 씨앗을 먹는 것을 좋아합니다. 따라서 씨앗이 자라기 전에 몇 년 동안 사막 바닥에 앉아 있으면 먹을 수 있습니다.
야생화’헤지’
그레머와 그녀의 팀은 12 개의 일반적인 사막 연간이 어떻게 베팅을 헤지했는지 알고 싶었습니다. 전문가들은 매년 발아 한 씨앗의 몫을 집계했습니다. 그들은 또한 토양에서 생존하지 않은 씨앗의 몫을 계산했습니다. (예를 들어,일부 씨앗은 동물에 의해 먹게됩니다.
운이 좋으면 애리조나 대학의 다른 생태 학자 로렌스 베너 블은 30 년 동안 야생화 씨앗에 대한 데이터를 수집했습니다. 그와 그레머는 이러한 데이터를 새로운 연구에 사용했습니다.
매년 베너블은 사막의 흙을 채취하고 그 안에 있는 각 꽃종의 씨앗을 세었다. 이들은 아직 발아하지 않은 씨앗을 나타냅니다. 비가 내린 후 그의 팀은 얼마나 많은 사람들이 묘목에 싹이 트는지 계산했습니다. 베너블은 다음 시즌의 나머지 부분에 대한 모종을 볼 것이다 그들은 자신의 씨앗을 설정하는 경우 볼 수 있습니다. 그레 머는 이러한 데이터를 사용하여 매년 얼마나 많은 씨앗이 발아했는지,그리고 마지막으로 얼마나 많은 씨앗이 궁극적으로 더 많은 씨앗을 생산했는지 계산했습니다.
그녀는 사막 꽃의 종들이 생존하기에 아주 좋다면,그 씨앗의 대부분은 매년 발아할 것이라고 의심했다. 그리고 그녀의 의심은 옳았다.
그녀는 수학을 사용하여 식물이 생존을위한 최상의 전략을 사용한다면 매년 각 식물의 씨앗이 얼마나 발아할지 예측했습니다. 그런 다음 그녀는 그녀의 추측을 식물이 실제로 한 것과 비교했습니다. 이 방법으로 그녀는 식물이 결국 베팅을 헤지하고 있음을 확인했습니다. 어떤 종은 다른 종보다 더 잘했습니다. 그녀와 베너 블은 생태 편지의 2014 년 3 월호에 자신의 연구 결과를 설명했다.
필라 리(에로티움 텍사스)는 베팅을 조금 헤지했습니다. 이 식물은 동물들이 먹고 싶어하는”크고 맛있는 씨앗”을 생산한다고 그레머는 설명합니다. 그것은 또한 많은 물 없이 생존에 다른 많은 사막 연감 보다 낫다. 매년 모든 필라 리 씨앗의 약 70%가 발아합니다. 결국,맛있는 씨앗이 토양에 남아 있다면 동물은 대부분 먹을 수 있습니다. 대신 씨앗이 싹이 트면 생존하고 번식 할 수있는 좋은 기회가 있습니다. 이 식물의 울타리입니다.
해바라기의 아주 작은 친척은 내기를 헤지하는 반대 방식을 채택. 토끼 담배라고 불리는 동물은 후추 알갱이처럼 보이는 아주 작은 씨앗을 거의 먹지 않습니다. 그래서이 식물은 사막 바닥 주위에 누워 씨앗을 떠나에 도박을 할 수 있습니다. 사실,매년 씨앗의 10-15%만이 발아합니다. 그리고 한 식물이 씨앗을 생산할 수있을만큼 오랫동안 사막에서 생존 할 때,그것은 많은 씨앗을 만듭니다. 사실,그것은 필라 리가하는 것보다 더 많은 것을 만듭니다.
물 부족으로 식물이 자라기 힘들다. 그것은 캘리포니아의 농작물 농부들이 지난 3 년간의 가뭄 동안 너무 잘 보았던 것입니다. 미국 남서부의 사막에서는 가뭄이 삶의 영구적 인 특징이지만 많은 식물이 여전히 번성합니다. 이 식물은 발아,성장 및 번식을위한 다양한 방법을 진화 시켰기 때문에 성공합니다.
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