tři roky do nejhoršího sucha v historii zemědělci v Kalifornii podnikli kroky k řešení nedostatku vody. Někteří zemědělci vyvrtali nové studny hluboko pod zemí. Jiní nechávají pole ladem a čekají na sucho, až bude zase dost vody na zasetí úrody. Ještě další zemědělci se přestěhovali do zelenějších, vlhčích lokalit.
když příroda neposkytuje dostatek vody, zemědělci používají své mozky, tlačenku a spoustu technologií k nalezení řešení. Jakkoli se tato řešení mohou zdát chytrá, málokdo je opravdu tak nový. Mnoho pouštních rostlin se spoléhá na podobné strategie, jak porazit sucho — a učinily tak po tisíce, ne-li miliony let.
pedagogové a rodiče, přihlaste se k Cheat Sheet
Týdenní aktualizace, které vám pomohou používat vědecké zprávy pro studenty ve vzdělávacím prostředí
v pouštích jihozápadních Spojených států a severního Mexika přicházejí původní rostliny s úžasnými triky, aby přežily a dokonce prospívaly. Je neuvěřitelné, že tyto rostliny běžně zvládají trestně suché podmínky. Zde mohou rostliny jít rok, aniž by viděly kapku deště.
jak se jim daří přitahuje zájem vědců. Tito vědci odhalují všechny druhy strategií používaných pouštními rostlinami k přežití a reprodukci. Například strom mesquite počítá s nalezením lepších podmínek jinde. Spíše než se pohybovat — což samo o sobě nedokáže-se tato rostlina spoléhá na zvířata, aby snědla semena a poté je rozptýlila výkaly. Mezitím kreosotový keř spolupracuje s mikroby v půdě. Tyto mikroby mu pomáhají přežít skutečný stres života v trvale horkém a suchém klimatu. A mnoho květin hazarduje se svými semeny způsobem, který jim může pomoci přežít — a outfox-i nejhorší sucho.
kopání hluboko pro vodu
poušť Sonoran se nachází v Arizoně v Kalifornii., a severní Mexiko. Denní letní teploty často top 40° Celsia (104° Fahrenheita). Poušť se v zimě ochlazuje. Teploty v noci nyní mohou klesnout pod bod mrazu. Poušť je po většinu roku suchá, s deštivými obdobími v létě i v zimě. Ale i když přijdou deště, poušť nedostane moc vody. Jedním ze způsobů, jak se tyto rostliny přizpůsobily, je růst velmi hlubokých kořenů. Tyto kořeny pronikají do zdrojů podzemní vody hluboko pod povrchem půdy.
Velvet mesquite (Prosopis velutina) je obyčejný keř v sonoranské poušti. Jeho kořeny se mohou ponořit více než 50 metrů (164 stop). To je vyšší než 11patrová budova. To může pomoci uhasit žízeň plnohodnotného mesquite, keře souvisejícího s fazolemi. Sazenice však musí najít jiné řešení, jakmile začnou klíčit.
než se semeno může zakořenit, musí přistát na dobrém místě k růstu. Protože semena nemohou chodit, spoléhají se na jiné metody, jak se rozložit. Jedním ze způsobů je jezdit na větrech. Mesquite má jiný přístup.
každá z těchto rostlin produkuje stovky-dokonce tisíce-semenných lusků. Lusky vypadají hodně jako zelené fazolky, ale chutnají sladce sladce. Jsou také velmi výživné. Zvířata (včetně lidí) mohou jíst sušené mesquite lusky. Samotná semena, která rostou uvnitř sladkých lusků, jsou však tvrdá. Když zvířata jedí lusky, tvrdý povlak semen umožňuje mnoha z nich uniknout rozdrcení žvýkáním. Tvrdá semena cestují celou cestu střevem. Nakonec vyjdou z druhé strany, v hovínku. Protože zvířata jsou často v pohybu, mohou semena vrhnout po celé poušti.
sežrání pomáhá mesquite i druhým způsobem. Tvrdý povlak na semenech také ztěžuje vniknutí vody do nich. A to je potřeba pro klíčení semen. Ale když nějaké zvíře sní lusk, trávicí šťávy ve střevě nyní rozkládají srst semen. Když se tato semena konečně vylučují do zvířecích výkalů, budou konečně připravena k růstu.
samozřejmě, aby dobře rostlo, musí každé semeno mesquite stále přistát na dobrém místě. Mesquite obvykle roste nejlépe v blízkosti potoků nebo arroyos. Arroyos jsou suché potoky, které se po deštích krátce naplní vodou. Pokud zvíře jde do potoka, aby se napilo, a pak podniká poblíž, semeno mesquite má štěstí. Výkaly zvířete také poskytují každému semenu malý balíček hnojiva, když začne růst.
zakořenění
poté, co zvíře rozptýlí mesquite semena přes poušť, semena nevyklíčí hned. Místo toho čekají na Deště-někdy po celá desetiletí. Jakmile padne dostatek deště, semena vyklíčí. Teď je čeká závod s časem. Tato semena musí rychle poslat hluboké kořeny, než voda vyschne.
Steven R. Archer studuje, jak to funguje. Je ekologem na Arizonské univerzitě v Tucsonu. Je to v srdci Sonorské pouště. „Studuji ekologické systémy, což znamená rostliny a zvířata a půdy a klima a to, jak spolu všichni interagují,“ vysvětluje.
Sonoranská poušť netrvá dlouho, vytrvalé prudké deště, poznamenává. Většina deště padá v krátkých malých dávkách. Každý by mohl dodat jen tolik vody, aby navlhčil horní palec (2,5 centimetrů) půdy. „Ale v určitých obdobích roku,“ poznamenává Archer, “ dostáváme poměrně málo z těchto pulsů vody.“Puls je krátký výbuch deště. Může to trvat kdekoli od několika minut do hodiny.
Archer a jeho tým chtěli vidět, jak dva druhy rostlin reagují na tyto pulzy. Odborníci pracovali s velvet mesquite a příbuzným keřem, kočičí dráp akácie (Acacia greggii). Při testech vědci polévali semena různým množstvím vody. Dodávali ho v různém počtu impulzů. Později změřili, jak rychle semena vyklíčila a rostla kořeny.
bouře, která klesá o 2 centimetry (0.8 palců) deště poskytuje více než dostatek vody pro klíčení semen keře mesquite nebo akácie. Tolik deště může udržet horní 2, 5 centimetru půdy mokré po dobu 20 dnů.Toto období je klíčové. Každá sazenice „musí dostat kořen dostatečně hluboko v prvních několika týdnech po klíčení, aby přežila dlouhé suché období, které nevyhnutelně přijde,“ vysvětluje Archer. V Sonoranské poušti ve skutečnosti jedna čtvrtina všech trvalek — rostlin, které žijí po mnoho let — zemře během prvních 20 dnů po klíčení.
uvnitř skleníku vědci zasadili semena sametové mesquite a kočičí dráp akácie. Poté je namočili mezi 5, 5 a 10 centimetry (2, 2 a 3, 9 palce) vody po dobu 16 nebo 17 dnů. Na konci experimentu vědci změřili růst rostlin.
Mesquite semena rychle vyklíčila. Vyklíčili v průměru po 4,3 dnech. Naproti tomu semena akátu trvala 7,3 dne. Mesquite také rostl hlubší kořeny. U rostlin, které dostaly nejvíce vody, rostly kořeny mesquite do průměrné hloubky 34, 8 centimetrů (13, 7 palce) ve srovnání s pouhými 29.5 centimetrů pro akácii. U obou druhů kořeny rostly déle s každým dalším 1 centimetrem vody, které rostliny obdržely. Akácie rostla více nad zemí; mesquite dal většinu své energie do pěstování hlubokého kořene co nejrychleji.
Pěstování hlubokého kořene velmi rychle pomáhá zajistit přežití mesquite. Jedna studie zkoumala jiný typ, med mesquite (P. glandulosa). Většina mladých rostlin tohoto druhu, které přežily první dva týdny po klíčení, přežila nejméně dva roky. Tato studie byla zveřejněna 27. ledna 2014 v PLOS ONE.
bakterie šetrné k rostlinám
další běžná pouštní rostlina – kreosotový keř-přijala jinou strategii přežití. Vůbec se nespoléhá na hluboké kořeny. Přesto je rostlina skutečným pouštním přeživším. Nejstarší kreosotový keř, rostlina v Kalifornii zvaná klon krále, se odhaduje na 11 700 let. Je tak stará, že když poprvé vyklíčila, lidé se teprve učili hospodařit. Je mnohem starší než pyramidy starověkého Egypta.
tato rostlina, známá také jako Larrea tridentata, je extrémně běžná na velkých plochách pouští Sonoran a Mojave (moh-HAA-vee). (Mojave leží severně od Sonoranu a pokrývá části Kalifornie, Arizony, Nevady a Utahu.) Malé, mastné listy kreosotového keře mají silný zápach. Když se jich dotknete, vaše ruce zůstanou lepkavé. Stejně jako mesquite, kreosot produkuje semena, která mohou růst do nových rostlin. Tato rostlina se však také spoléhá na druhý způsob, jak udržet svůj druh v chodu: klonuje se sama.
klonování může znít jako něco z filmu Star Wars, ale spousta rostlin se může reprodukovat tímto způsobem. Běžným příkladem je brambor. Brambory lze nakrájet na kousky a zasadit. Dokud každý kus obsahuje důlek zvaný „oko“, měla by růst nová rostlina brambor. Bude produkovat nové brambory, které jsou geneticky stejné jako rodičovské brambory.
poté, co nová kreosotová rostlina žije asi 90 let, začne se klonovat. Na rozdíl od brambor rostou kreosotové keře z jejich korun nové větve-část rostliny, kde se jejich kořeny setkávají s kmenem. Tyto nové větve pak rozvíjejí své vlastní kořeny. Tyto kořeny ukotvují nové větve 0,9 až 4,6 metrů (3 až 15 stop) do půdy. Nakonec starší části rostliny umírají. Nový růst, nyní ukotvený vlastními kořeny, žije dál.
Jak rostlina zraje, tvoří velký, nepravidelný kruh. Ve středu hnijí staré a mrtvé části kreosotové rostliny. Nové klony rostou a zakopávají se po obvodu.
David Crowley je environmentální mikrobiolog na Kalifornské univerzitě v Riverside. Studuje živé věci v prostředí, které jsou příliš malé na to, aby viděly bez mikroskopu. V roce 2012 se chtěl dozvědět, jak mohl klon krále žít tak dlouho s tak mělkými kořeny.
tato rostlina „se nachází v oblasti, kde často celý rok neprší,“ upozorňuje Crowley. „A přesto tato rostlina sedí venku a přežívá 11 700 let v nejextrémnějších podmínkách-písčitá půda, žádná voda, nízké živiny. Je to velmi horké.“Jeho tým chtěl hledat půdní bakterie, které by mohly pomoci podpořit růst rostlin.
Crowley a jeho tým studují, jak bakterie prospívají rostlinám. Vyvinuli hypotézu, že mnoho různých bakterií žije v blízkosti kořenů King Clone a že pomáhají udržovat Starý kreosotový keř naživu.
Chcete-li zjistit, vědci vykopali kořeny King Clone. Odborníci pak identifikovali bakterie žijící v této půdě. Udělali to studiem DNA bakterií. Většina bakterií byly typy, které pomáhají rostlinám růst různými způsoby. Část zdraví rostliny, Crowley nyní uzavírá, může vysledovat k těm “ zvláště dobrým mikroorganismům na jejích kořenech.“
některé bakterie produkovaly rostlinné růstové hormony. Hormon je chemická látka, která signalizuje buňky a říká jim, kdy a jak se vyvíjet, růst a umírat. Jiné bakterie v půdě mohou bojovat proti bakteriím, které způsobují, že rostliny jsou nemocné. Vědci také našli bakterie, které narušují reakci rostliny na stres.
slaná půda, extrémní teplo nebo nedostatek vody-to vše může stresovat rostlinu. Při stresu může rostlina reagovat zasláním zprávy, že “ by měla přestat růst. Mělo by to vydržet a pokusit se přežít, “ poznamenává Crowley.
rostliny varují své tkáně produkcí ethylenového (ETH-uh-leen) plynu. Rostliny dělají tento hormon zvláštním způsobem. Za prvé, kořeny rostliny tvoří chemickou látku zvanou ACC (zkratka pro 1-aminocyklopropan-l-karboxylová kyselina). Z kořenů ACC putuje do rostliny, kde se přemění na ethylenový plyn. Bakterie však mohou tento proces přerušit konzumací ACC. Když k tomu dojde, rostlina nikdy nedostane své vlastní poselství, aby přestala růst.
pokud by byl stres příliš špatný-příliš málo vody nebo velmi, velmi vysoké teploty — tento nepřetržitý růst by způsobil, že rostlina zemře. Nicméně, pokud je stres dostatečně malý, pak rostlina přežije v pohodě, Crowleyův tým se dozvěděl. Svá zjištění zveřejnila v časopise Microbial Ecology.
květy karban
Mesquite a kreosote jsou oba trvalky. To znamená, že tyto keře žijí mnoho let. Jiné pouštní rostliny, včetně mnoha květin, jsou letničky. Tyto rostliny žijí jeden rok. To jim ponechává jen jednu šanci produkovat semena, než zemřou.
nyní si představte, že každé z těchto semen vyklíčilo po bouřce. Pokud by následovalo suché kouzlo a všechny malé sazenice zemřely, rostlina by se nedokázala reprodukovat. Pokud by se to stalo každé rostlině svého druhu, její druh by vyhynul.
naštěstí pro některé květy, to se nestane, poznamenává Jennifer Gremer. Je ekoložkou U.S. Geological Survey. Dříve, zatímco Gremer pracoval na Arizonské univerzitě v Tucsonu, studovala, jak se semena divokých květů vyhýbají špatným „rozhodnutím“.“Někdy lidé, kteří sázejí, používají stejnou strategii. S rostlinami, strategie není o získávání peněz, nicméně. Jedná se o přežití svého druhu.
sázkaři někdy sázku zajistí. To je způsob, jak se pokusit omezit jejich riziko. Například, pokud jste vsadili přítele $ 5 že Kansas City Royals vyhraje 2014 World Series, ztratili byste všechny své peníze. Chcete-li zajistit svou sázku, mohli jste vsadit jiného přítele $ 2, že Royals ztratí Světovou sérii. Když Royals prohráli, prohráli jste 5 dolarů, ale vyhráli 2 . To může ještě bolet, ale pravděpodobně ne tak špatně, jako kdybyste ztratili všech $ 5 .
divoké květy Sonoranské pouště také zajišťují své sázky. Sázka, kterou zajišťují, je: „pokud letos rostu, mohu vyprodukovat více semen, než zemřu.“
Představte si, že pouštní wildflower produkuje 1000 semen, která Všechna padají na zem. První rok klíčí pouze 200 semen. To je sázka. Dalších 800 semen je jeho živým plotem. Jen lžou a čekají.
pokud je první rok velmi deštivý, 200 semen může mít dobrou šanci na růst do květů. Každý zase může produkovat více semen. Pokud je rok velmi suchý, mnoho, ne-li většina, semen, která vyklíčila, zemře. Žádné z těchto semen se tedy nemuselo rozmnožovat. Ale díky živému plotu dostane rostlina druhou šanci. V půdě má ještě 800 dalších semen, každé může růst příští rok, rok poté nebo možná o deset let později. Kdykoli přijde déšť.
zajištění má svá rizika. Ptáci a jiná pouštní zvířata rádi jedí semena. Takže pokud semeno sedí na pouštní podlaze mnoho let před pěstováním, mohlo by se sníst.
divoký „hedge“
Gremer a její tým chtěli vědět, jak 12 obyčejných pouštních letniček zajistilo své sázky. Odborníci spočítali, jaký podíl semen vyklíčil každý rok. Počítali také, jaký podíl nekuřáckých semen přežil v půdě. (Například některá semena nakonec sežerou zvířata.)
jak by to mělo štěstí, další ekolog z Arizonské univerzity, Lawrence Venable, shromažďoval údaje o semenech divokých květů po dobu 30 let. On a Gremer použili tyto údaje pro novou studii.
každý rok by Venable vzorkoval pouštní půdu a poté v ní počítal semena každého druhu květin. Jednalo se o semena, která ještě nevyklíčila. Po každém dešti jeho tým počítal, kolik naklíčilo do sazenic. Venable pak bude po zbytek sezóny sledovat sazenice, aby zjistil, zda si osadí vlastní semena. Gremer použil tyto údaje k výpočtu, kolik semen vyklíčilo každý rok, a konečně, kolik z nich nakonec produkovalo více semen.
měla podezření, že pokud je druh pouštního květu velmi dobrý v přežití, většina jeho semen by vyklíčila každý rok. A její podezření se ukázalo jako správné.
pomocí matematiky předvídala, kolik semen každé rostliny by každý rok vyklíčilo, kdyby rostlina používala nejlepší možnou strategii přežití. Pak porovnala své odhady s tím, co rostliny skutečně udělaly. Tímto způsobem potvrdila, že rostliny své sázky přece jen zajišťovaly. Některé druhy si vedly lépe než jiné. Ona a Venable popsali svá zjištění v březnu 2014 vydání ekologických dopisů.
Filaree (Erodium texanum) zajistil své sázky jen málo. Tato rostlina produkuje „velká, báječná semena“, která zvířata rádi jedí, vysvětluje Gremer. Je také lepší než mnoho jiných pouštních letniček při přežití bez velkého množství vody. Každý rok klíčí asi 70 procent všech semen filaree. Koneckonců, pokud chutná semena zůstala v půdě, zvířata by mohla jíst většinu z nich. Místo toho, když semena klíčí, mají dobrou šanci na přežití a reprodukci. To je živý plot této rostliny.
velmi malý příbuzný slunečnice zaujímá opačný přístup při zajišťování svých sázek. Zvaný králičí tabák (Evax multicaulis), zvířata zřídka jedí jeho velmi malá semena, která vypadají jako zrna pepře. Takže tato rostlina může hazardovat s tím, že nechá semena ležet kolem pouštní podlahy. Ve skutečnosti každý rok klíčí pouze 10 až 15 procent semen. A když jedna rostlina dělá-a přežívá v poušti dost dlouho na to, aby produkovala semena-dělá spoustu a spoustu semen. Vskutku, to dělá mnohem víc, než filaree dělá.
nedostatek vody ztěžuje růst rostlin. To je něco, co zemědělci v Kalifornii viděli až příliš dobře za poslední tři roky sucha. V pouštích jihozápadních Spojených států je sucho trvalým rysem života-přesto se mnoho rostlin stále daří. Tyto rostliny uspějí, protože se vyvinuly různé způsoby klíčení, růstu a reprodukce.
najít slovo (klikněte zde pro zvětšení pro tisk)
