tre år i den værste tørke på rekord, landmænd i Californien har taget skridt til at håndtere manglen på vand. Nogle landmænd har boret nye brønde dybt under jorden. Andre forlader marker brak og venter på tørken, indtil der er nok vand igen til at så deres afgrøder. Endnu andre landmænd er flyttet til grønnere, vådere steder.
når naturen ikke giver nok vand, bruger landmændene deres hjerner, råstyrke og masser af teknologi til at finde løsninger. Så kloge som disse løsninger kan synes, er få virkelig så nye. Mange ørkenplanter er afhængige af lignende strategier for at slå tørken — og har gjort det i tusinder, hvis ikke millioner af år.
lærere og forældre, Tilmeld dig snydearket
ugentlige opdateringer, der hjælper dig med at bruge videnskabsnyheder til studerende i læringsmiljøet
i ørkenerne i det sydvestlige USA og det nordlige Rusland er indfødte planter kommet med fantastiske tricks til at overleve og endda trives. Utroligt håndterer disse planter rutinemæssigt straffende tørre forhold. Her kan planter gå et år uden at se en dråbe regn.
hvordan de klarer sig har tiltrukket forskernes interesse. Disse forskere afdækker alle slags strategier, der bruges af ørkenplanter til at overleve og reproducere. For eksempel tæller det maskerede træ med at finde bedre forhold andre steder. I stedet for at flytte — hvilket det ikke kan gøre alene — er denne plante afhængig af dyr til at spise sine frø og derefter sprede dem med deres afføring. I mellemtiden samarbejder creosotbusken med mikrober i jorden. Disse mikrober hjælper det med at overleve den meget virkelige stress ved at leve i et vedvarende varmt og tørt klima. Og mange vilde blomster gamble med deres frø på en måde, der kan hjælpe dem med at overleve — og udløb — selv den værste tørke.
grave dybt efter vand
Sonoran-ørkenen ligger i Californien. og det nordlige København. Dagtimerne sommertemperaturer ofte top 40 liter Celsius (104 liter Fahrenheit). Ørkenen køler af om vinteren. Temperaturer om natten kan nu falde under frysepunktet. Ørkenen er tør det meste af året med regnfulde årstider om sommeren og vinteren. Men selv når regnen kommer, får ørkenen ikke meget vand. Så en måde, disse planter har tilpasset sig, er at vokse meget dybe rødder. Disse rødder tapper ind i kilder til grundvand langt under jordens overflade.
Fløjlsmaske (Prosopis velutina) er en almindelig busk i Sonoran-ørkenen. Dens rødder kan springe ned mere end 50 meter (164 fod). Det er højere end en 11-etagers bygning. Dette kan hjælpe med at dræbe tørsten hos en fuldvoksen maske, en busk relateret til bønner. Men frøplanter skal finde en anden løsning, når de begynder at spire.
før et frø kan slå rod, skal det lande et godt sted at vokse. Da frø ikke kan gå, er de afhængige af andre metoder til at sprede sig. En måde er at ride vinden. Meshvis tager en anden tilgang.
hver af disse planter producerer hundreder — endda tusinder — af frøpoder. Bælgene ligner meget grønne bønner, men smager sukkerholdigt sødt. De er også meget nærende. Dyr (herunder mennesker) kan spise tørrede maskebælg. Imidlertid er frøene selv, der vokser inde i de søde bælg, stenhårde. Når dyr spiser bælgene, giver frøets hårde belægning mange af dem mulighed for at undslippe at blive knust ved at tygge. De hårde frø rejser hele vejen gennem tarmen. Til sidst, de kommer ud på den anden side, i bæsj. Da dyr ofte er på farten, kan de kaste frøene over hele ørkenen.
at blive spist hjælper også masken på en anden måde. Den hårde belægning på frøene gør det også vanskeligt for vand at komme ind i dem. Og det er nødvendigt for en frø til at spire. Men når et dyr spiser en bælg, nedbryder fordøjelsessafter i tarmen nu frøens frakke. Når disse frø endelig udskilles i dyrets afføring, vil de endelig være klar til at vokse.
selvfølgelig, for at vokse godt, skal hvert maskefrø stadig lande på et godt sted. Meshvis vokser normalt bedst nær vandløb eller arroyos. Arroyos er tørre åer, der fyldes med vand i et kort stykke tid efter regnen. Hvis et dyr går til strømmen for at få en drink og derefter gør sin forretning i nærheden, er maskefrøet heldigt. Dyrets afføring giver også hvert frø en lille gødningspakke, når det begynder at vokse.
at slå rod
efter at et dyr spreder meshvis frø over ørkenen, spirer frøene ikke med det samme. I stedet ligger de i vente på regn-nogle gange i årtier. Når nok regn falder, vil frøene spire. Nu står de over for et løb mod uret. Disse frø skal hurtigt sende dybe rødder ned, før vandet tørrer op.
Steven R. Archer studerer, hvordan dette fungerer. Han er økolog ved Universitetet i Tucson. Det er i hjertet af Sonoran ørkenen. “Jeg studerer økologiske systemer, hvilket betyder planterne og dyrene og jordbunden og klimaet, og hvordan de alle interagerer med hinanden,” forklarer han.
Sonoran-ørkenen får ikke lange, vedvarende drenching regn, bemærker han. Mest regn falder i korte små bursts. Hver leverer muligvis lige nok vand til at våde den øverste tomme (2,5 centimeter) jord. “Men på bestemte tidspunkter af året, “bemærker Archer,” får vi en hel del af disse pulser af vand.”En puls er en kort udbrud af regn. Det kan vare alt fra et par minutter til en time.
Archer og hans team ønskede at se, hvordan to plantearter reagerer på disse impulser. Eksperterne arbejdede med fløjl maske og en beslægtet busk, kattens klo acacia (Acacia greggii). I test doused forskerne frø med forskellige mængder vand. De leverede det i varierende antal pulser. Senere målte de, hvor hurtigt frøene spirede og voksede rødder.
en storm, der falder 2 centimeter (0.8 tommer) regn giver mere end nok vand til frø af en maskeret eller acacia busk til at spire. Så meget regn kan holde de øverste 2,5 centimeter jord våd i 20 dage.Denne periode er afgørende. Hver frøplante ” skal få en rod dybt nok de første par uger efter, at den spirer for at overleve den lange tørre periode, der uundgåeligt kommer,” forklarer Archer. I Sonoran-ørkenen dør faktisk en fjerdedel af alle stauder-planter, der lever i mange år — i de første 20 dage efter, at de spirer.
inde i et drivhus plantede forskerne frø af fløjlsmaske og kattekloacacia. De gennemblødte dem derefter med mellem 5, 5 og 10 centimeter (2, 2 og 3, 9 tommer) vand i løbet af 16 eller 17 dage. I slutningen af eksperimentet målte forskerne planternes vækst.
maskerede frø spirede hurtigt. De spirede i gennemsnit efter 4,3 dage. Acacia frø tog derimod 7,3 dage. Meshet voksede også dybere rødder. For de planter, der fik mest vand, voksede de maskerede rødder til en gennemsnitlig dybde på 34,8 centimeter (13,7 tommer) sammenlignet med kun 29.5 centimeter til acacia. I begge arter voksede rødderne længere med hver yderligere 1 centimeter vand, som planterne modtog. Akacien voksede mere over jorden; masken satte det meste af sin energi i at dyrke en dyb rod så hurtigt som muligt.
at dyrke en dyb rod meget hurtigt hjælper med at sikre en maskers overlevelse. En undersøgelse kiggede på en anden type, honning maske (P. glandulosa). De fleste unge planter af denne art, der overlevede deres første to uger efter spiring, fortsatte med at overleve i mindst to år. Denne undersøgelse blev offentliggjort 27. januar 2014 i PLOS ONE.
Plantevenlige bakterier
en anden almindelig ørkenplante-creosotbusken — har vedtaget en anden overlevelsesstrategi. Det afhænger slet ikke af dybe rødder. Alligevel er planten en ægte ørkenoverlevende. Den ældste creosotbusk, en plante i Californien kaldet King Clone, anslås at være 11.700 år gammel. Det er så gammelt,at når det først spirede, lærte mennesker kun bare at dyrke. Det er meget ældre end pyramiderne i det gamle Egypten.
også kendt som Larrea tridentata, denne plante er ekstremt almindelig i store områder af Sonoran og Mojave (moh-HAA-vee) ørkener. Mojave ligger nord for Sonoran og dækker dele af Californien, Nevada og Utah.) Creosotbuskens små, olieagtige blade har en stærk lugt. At røre ved dem vil efterlade dine hænder klæbrige. Creosot producerer frø, der kan vokse til nye planter. Men denne plante er også afhængig af en anden måde at holde sin art i gang: den kloner sig selv.
kloning lyder måske som noget fra en Stjernekrigsfilm, men mange planter kan reproducere på denne måde. Et almindeligt eksempel er kartoffel. En kartoffel kan skæres i stykker og plantes. Så længe hvert stykke indeholder en bukke kaldet et “øje”, skal en ny kartoffelplante vokse. Det vil producere nye kartofler, der er genetisk de samme som forældrekartoflen.
efter at en ny creosotplante lever i omkring 90 år, begynder den at klone sig selv. I modsætning til en kartoffel vokser creosotbuske nye grene fra deres Kroner — den del af planten, hvor deres rødder møder bagagerummet. Disse nye grene udvikler derefter deres egne rødder. Disse rødder forankrer de nye grene 0,9 til 4,6 meter (3 til 15 fod) i jorden. Til sidst dør ældre dele af planten. Den nye vækst, der nu er forankret af sine egne rødder, lever videre.
når planten modnes, danner den en stor, uregelmæssig cirkel. I midten rådner Gamle og døde dele af creosotplanten. Nye kloner vokser og slår rod omkring omkredsen.
David er miljømikrobiolog ved University of California, Riverside. Han studerer levende ting i miljøet, der er for små til at se uden et mikroskop. I 2012 ønskede han at lære, hvordan Kongeklonen kunne have levet så længe med så lave rødder.
denne plante “ligger i et område, hvor der ofte ikke er regn i et helt år,” påpeger han. “Og alligevel sidder denne plante derude og overlever i 11.700 år under de mest ekstreme forhold — sandjord, intet vand, lave næringsstoffer til rådighed. Det er meget varmt.”Hans team ønskede at spejde efter jordbakterier, der kunne bidrage til at fremme plantevækst.
han og hans team studerer, hvordan bakterier gavner planter. De udviklede en hypotese om, at mange forskellige bakterier lever i nærheden af King Clone ‘ s rødder, og at de hjælper med at holde den gamle creosotbusk i live.
for at finde ud af det gravede forskerne omkring King Clone ‘ s rødder. Eksperterne identificerede derefter bakterier, der lever i denne jord. De gjorde dette ved at studere bakteriernes DNA. De fleste bakterier var typer, der hjælper planter med at vokse på forskellige måder. En del af plantens sundhed, konkluderer han nu, kan spore til de “særligt gode mikroorganismer på sine rødder.”
nogle af bakterierne producerede plantevæksthormoner. Et hormon er et kemikalie, der signalerer celler, fortæller dem, hvornår og hvordan de skal udvikle sig, vokse og dø. Andre bakterier i jorden kan bekæmpe de bakterier, der gør planter syge. Forskerne fandt også bakterier, der forstyrrer en plantes reaktion på stress.
salt jord, ekstrem varme eller mangel på vand — alt kan stresse en plante. Når det er stresset, kan en plante reagere ved at sende sig selv en besked om, at “den skal stoppe med at vokse. Det skal bare holde fast og forsøge at overleve,” bemærker han.
planter advarer deres væv ved at producere ethylen (ETH-uh-leen) gas. Planter gør dette hormon på en mærkelig måde. For det første gør en plantes rødder et kemikalie kaldet ACC (forkortelse for 1-aminocyclopropan-l-carboksilsyre). Fra rødderne rejser ACC op ad en plante, hvor den omdannes til ethylengas. Men bakterier kan afbryde denne proces ved at indtage ACC. Når det sker, får planten aldrig sin egen besked om at stoppe med at vokse.
hvis stresset blev for dårligt — for lidt vand eller meget, meget høje temperaturer — ville denne nonstop vækst få planten til at dø. Men hvis stresset er lille nok, overlever planten helt fint, lærte Krageys hold. Det offentliggjorde sine resultater i tidsskriftet Microbial Ecology.
Gambling blomster
masket og creosot er begge stauder. Det betyder, at disse buske lever i mange år. Andre ørkenplanter, herunder mange vilde blomster, er enårige. Disse planter lever et enkelt år. Det giver dem kun en chance for at producere frø, før de dør.
forestil dig nu, om hver eneste af disse frø spirede efter en regnvejr. Hvis en tør stave fulgte, og alle de små frøplanter døde, ville planten ikke have reproduceret. Faktisk, hvis det skete for enhver plante af sin art, ville dens art uddø.
heldigvis for nogle vilde blomster, det er ikke, hvad der sker, bemærker Jennifer Gremer. Hun er økolog ved US Geological Survey. Tidligere, mens Gremer arbejdede ved Universitetet i Tucson, hun studerede, hvordan vildblomsterfrø undgår at tage dårlige “valg.”Nogle gange bruger folk, der placerer væddemål, den samme strategi. Med planter handler strategien dog ikke om at vinde penge. Det handler om overlevelsen af dens art.
Bettors afdækker undertiden et væddemål. Det er en måde at forsøge at begrænse deres risiko. For eksempel, hvis du havde sat en ven $5 på, at Kansas City Royals ville vinde verdensserien 2014, ville du have mistet alle dine penge. For at afdække din indsats kunne du have satse en anden ven $2, At De Kongelige ville miste verdensserien. På den måde, da de kongelige tabte, tabte du $5, Men vandt $2. Det kan stadig have gjort ondt, men sandsynligvis ikke så dårligt som om du havde mistet alle $5.
De vilde blomster i Sonoran ørkenen afdække deres indsatser også. Væddemålet, de afdækker, er: “hvis jeg vokser i år, kan jeg producere flere frø, før jeg dør.”
Forestil dig, at en ørken vildblomst producerer 1.000 frø, som alle falder til jorden. Det første år spirer kun 200 af frøene. Det er væddemålet. De andre 800 frø er dens hæk. De lyver og venter.
hvis det første år er meget regnfuldt, kan de 200 frø have et godt skud på at vokse til blomster. Hver til gengæld kan producere flere frø. Hvis året er meget tørt, vil mange, hvis ikke de fleste, af de frø, der spirede, dø. Ingen af disse frø, derefter, fik at reproducere. Men takket være hækken får planten en ny chance. Det har stadig 800 flere frø i jorden, hver i stand til at vokse næste år, året efter det eller måske et årti senere. Hver gang regnen kommer.
afdækning har sine risici. Fugle og andre ørkendyr kan lide at spise frø. Så hvis et frø sidder på ørkenbunden i mange år, før det vokser, kan det blive spist.
vildblomsten ‘hedge’
Gremer og hendes hold ønskede at vide, hvordan 12 almindelige ørkenårige afdækkede deres væddemål. Eksperterne talte, hvilken andel af frøene spirede hvert år. De tællede også, hvilken andel af ungerminerede frø overlevede i jorden. (For eksempel ender nogle frø med at blive spist af dyr.)
som held ville have det, havde en anden økolog ved University of Arison, Laurence Venable, indsamlet data om vildblomsterfrø i 30 år. Han og Gremer brugte disse data til en ny undersøgelse.
hvert år ville Venable prøve ørkenjord og derefter tælle frøene fra hver blomsterart i den. Disse repræsenterede frø, der endnu ikke havde spiret. Efter hver regn tællede hans hold, hvor mange der spirede til kimplanter. Venable så ville se de planter for resten af sæsonen for at se, om de sætter frø af deres egne. Gremer brugte disse data til at beregne, hvor mange frø der spirede hvert år, og endelig, hvor mange af dem der i sidste ende fortsatte med at producere flere frø.
hun mistænkte, at hvis en art af Ørkenblomst er meget god til at overleve, ville de fleste af dens frø spire hvert år. Hendes mistanke viste sig at være korrekt.
hun brugte matematik til at forudse, hvor mange frø af hver plante der ville spire hvert år, hvis planten brugte den bedst mulige strategi for overlevelse. Derefter sammenlignede hun sine gæt med, hvad planterne virkelig gjorde. Ved denne metode bekræftede hun, at planterne trods alt havde afdækket deres indsatser. Nogle arter klarede sig bedre end andre. Hun og Venable beskrev deres resultater i Marts 2014-udgaven af Ecology Letters.
Filaree (Erodium tekstanum) afdækket sine indsatser kun lidt. Denne plante producerer “store, yummy frø”, som dyr kan lide at spise, forklarer Gremer. Det er også bedre end mange andre ørkenårige at overleve uden meget vand. Hvert år spirer omkring 70 procent af alle filaree-frø. Når alt kommer til alt, hvis de velsmagende frø forblev i jorden, kan dyr spise de fleste af dem. I stedet, når frøene spirer, har de en god chance for at overleve og reproducere. Det er plantens hæk.
en meget lille slægtning til solsikke vedtager den modsatte tilgang til afdækning af sine indsatser. Kaldet kanin tobak (Evaks multicaulis), dyr spiser sjældent sine meget små frø, der ligner peberkorn. Så denne plante kan spille på at lade sine frø ligge rundt om ørkenbunden. Faktisk spiser kun 10 til 15 procent af dets frø hvert år. Og når en plante gør — og overlever i ørkenen længe nok til at producere frø — det gør masser og masser af frø. Faktisk gør det mange mere end en filaree gør.
mangel på vand gør det svært for planter at vokse. Det er noget, som afgrødebønder i Californien kun har set alt for godt i de sidste tre års tørke. I ørkenerne i det sydvestlige USA er tørke et permanent træk ved livet — alligevel trives mange planter stadig. Disse planter lykkes, fordi de har udviklet forskellige måder at spire, vokse og reproducere.
ord Find (Klik her for at forstørre til udskrivning)
