Three years into the worst Desire on record, farmers in California have taken action to deal with the Pula of water. Jotkut maanviljelijät ovat poranneet uusia kaivoja syvälle maan alle. Toiset jättävät pellot kesannolle odottamaan kuivuutta, kunnes on taas tarpeeksi vettä kylvämään heidän satonsa. Vielä toiset viljelijät ovat muuttaneet vihreämpiin, kosteampiin paikkoihin.
kun luonto ei tarjoa tarpeeksi vettä, viljelijät käyttävät aivojaan, lihaksiaan ja runsaasti teknologiaa ratkaisujen etsimiseen. Niin näppäriltä kuin nuo ratkaisut saattavatkin tuntua, harva on oikeastaan kovin Uusi. Monet aavikon kasvit turvautuvat samanlaisiin strategioihin voittaakseen kuivuuden — ja ovat tehneet niin tuhansien ellei miljoonien vuosien ajan.
kasvattajat ja vanhemmat, Lunttilappuun
viikottaiset päivitykset, joiden avulla voit käyttää Tiedeuutisia opiskelijoille oppimisympäristössä
Lounais-Yhdysvaltojen ja Pohjois-Meksikon aavikoilla kotoperäiset kasvit ovat keksineet uskomattomia temppuja selviytyäkseen ja jopa menestyäkseen. On uskomatonta, että nämä kasvit selviytyvät rutiininomaisesti rankaisevan kuivista olosuhteista. Täällä kasvit voivat mennä vuoden näkemättä pisaraakaan sadetta.
miten he pärjäävät on herättänyt tutkijoiden kiinnostuksen. Nämä tutkijat selvittävät kaikenlaisia strategioita, joita aavikkokasvit käyttävät selviytyäkseen ja lisääntyäkseen. Esimerkiksi mesquitepuu luottaa siihen, että se löytää paremmat olosuhteet muualta. Sen sijaan, että tämä kasvi liikkuisi — mitä se ei voi tehdä yksin — se luottaa siihen, että eläimet syövät sen siemenet ja sitten hajottavat ne ulosteillaan. Samaan aikaan kreosoottipensas pariutuu maaperän mikrobien kanssa. Nuo mikrobit auttavat sitä selviytymään hyvin todellisesta stressistä, joka aiheutuu jatkuvasti kuumassa ja kuivassa ilmastossa elämisestä. Ja monet luonnonkukat pelaavat uhkapeliä siemenillään tavalla, joka voi auttaa niitä kestämään — ja päihittämään — pahimmankin kuivuuden.
kaivamassa syvää vettä
Sonoranin autiomaa sijaitsee Arizonassa, Kaliforniassa. ja Pohjois-Meksikossa. Päiväsaikaan kesälämpötilat ovat usein yli 40° C (104° Fahrenheit). Aavikko jäähtyy talvella. Öisin lämpötila voi nyt painua pakkasen puolelle. Aavikko on kuivaa suurimman osan vuodesta, ja kesällä ja talvella on sadekausia. Silti vaikka sateet tulevat, aavikko ei saa paljon vettä. Yksi tapa, jolla nämä kasvit ovat sopeutuneet, on kasvattaa hyvin syviä juuria. Nuo juuret osuvat pohjavesilähteisiin, jotka ovat maan pinnan alapuolella.
Samettimesquiitti (”Prosopis velutina”) on yleinen pensas Sonoran aavikolla. Sen juuret voivat syöksyä yli 50 metrin syvyyteen. Se on korkeampi kuin 11-kerroksinen rakennus. Tämä voi auttaa sammuttamaan täysikasvuisen Mesquiten, pavuille sukua olevan pensaan, janon. Mutta taimien täytyy löytää erilainen ratkaisu, kun ne alkavat itää.
ennen kuin siemen voi juurtua, sen täytyy laskeutua hyvään kasvupaikkaan. Koska siemenet eivät pysty kävelemään, ne turvautuvat muihin menetelmiin levittäytyäkseen. Yksi tapa on ratsastaa tuulilla. Mesquite ottaa erilaisen lähestymistavan.
kukin näistä kasveista tuottaa satoja-jopa tuhansia-siemenpalasia. Palkot muistuttavat paljon vihreitä papuja, mutta maistuvat sokerisen makeilta. Ne ovat myös hyvin ravitsevia. Eläimet (myös ihmiset) voivat syödä kuivattuja mesquitepalkoja. Itse siemenet, jotka kasvavat makeiden palkojen sisällä, ovat kuitenkin kivikovia. Kun eläimet syövät palkoja, monet niistä voivat välttyä pureskelun murskaamilta siemeniltä niiden kovan päällysteen ansiosta. Kovat siemenet kulkevat suolistoon asti. Lopulta ne tulevat ulos toiselta puolelta kakassa. Koska eläimet ovat usein liikkeellä, ne voivat karistaa siemenet ympäri aavikkoa.
syötäväksi tuleminen auttaa mesquitea myös toisella tavalla. Sen siementen kova päällyste vaikeuttaa myös veden pääsyä niihin. Ja sitä tarvitaan siemenen itämiseen. Mutta kun jokin eläin syö Palkon, sen suolistossa olevat ruoansulatusnesteet hajottavat siementen Turkin. Kun siemenet lopulta erittyvät eläimen ulosteeseen, ne ovat lopultakin valmiita kasvamaan.
kasvaakseen hyvin jokaisen mesquite-siemenen on tietenkin vielä laskeuduttava hyvään kohtaan. Mesquite kasvaa yleensä parhaiten purojen tai arroyojen lähellä. Arroyot ovat kuivia puroja, jotka täyttyvät vedellä hetken aikaa sateiden jälkeen. Jos eläin menee purolle juomaan ja hoitaa sitten asiansa lähistöllä, Mesquiten siemenellä on onnea. Eläimen uloste antaa jokaiselle siemenelle myös pienen lannoitepaketin sitä varten, kun se alkaa kasvaa.
juurtuessaan
eläimen siroteltua mesquite-siemeniä aavikon poikki siemenet eivät itäudu heti. Sen sijaan ne odottavat sateita — joskus jopa vuosikymmeniä. Kun tarpeeksi sataa, siemenet itävät. Nyt heillä on edessään kilpajuoksu kelloa vastaan. Noiden siementen täytyy nopeasti lähettää syvät juuret, ennen kuin vesi kuivuu.
Steven R. Archer tutkii, miten tämä toimii. Hän on ekologi Arizonan yliopistossa Tucsonissa. Se on Sonoran autiomaan sydämessä. ”Tutkin ekologisia järjestelmiä, eli kasveja ja eläimiä, maaperää ja ilmastoa ja sitä, miten ne kaikki ovat vuorovaikutuksessa keskenään”, hän selittää.
Sonoran autiomaassa ei saada pitkiä, jatkuvia kaatosateita, hän toteaa. Suurin osa sateista tulee lyhyinä pikkupakkasina. Jokainen niistä voi antaa juuri sen verran vettä, että se kastelee 2,5 senttimetrin maa-aineksen. Archer huomauttaa:” mutta tiettyinä aikoina vuodesta saamme aika paljon näitä vesipulsseja.”Pulssi on lyhyt sadepurkaus. Se voi kestää muutamasta minuutista tuntiin.
Archer ryhmineen halusi nähdä, miten kaksi kasvilajia reagoi näihin pulsseihin. Asiantuntijat työskentelivät sametti mesquite ja siihen liittyvä pensas, kissan kynsiä akaasia (Acacia greggii). Kokeissa tutkijat valelivat siemeniä vaihtelevilla vesimäärillä. He toimittivat sitä vaihtelevina sykäyksinä. Myöhemmin he mittasivat, kuinka nopeasti siemenet itivät ja kasvattivat juuria.
myrsky, joka pudottaa 2 senttimetriä (0.8 tuuman) sade antaa enemmän kuin tarpeeksi vettä mesquite-tai akaasiapensaan siemenille itämään. Niin paljon sadetta voi pitää 2,5 sentin maa-aineksen märkänä 20 päivää.Tuo aika on ratkaiseva. Jokaisen taimen ”täytyy saada juurensa riittävän syvälle ensimmäisten viikkojen aikana itämisen jälkeen, jotta se selviytyisi väistämättä tulevasta pitkästä kuivakaudesta”, Archer selittää. Sonoran autiomaassa neljännes kaikista perennoista — kasveista, jotka elävät monta vuotta — kuolee ensimmäisten 20 päivän aikana itämisen jälkeen.
erään kasvihuoneen sisälle tiedemiehet istuttivat sametti-Mesquiten ja kissan kynnen akasian siemeniä. Sitten niitä liotettiin 5,5-10 senttimetriä vedellä 16 tai 17 päivän aikana. Kokeen lopussa tutkijat mittasivat kasvien kasvua.
Mesquite-siemenet itivät nopeasti. Ne itivät keskimäärin 4,3 vuorokauden kuluttua. Akasian siemenet sen sijaan kestivät 7,3 päivää. Mesquiteille kasvoi myös syvemmät juuret. Eniten vettä saaneilla kasveilla mesquitejuuret kasvoivat keskimäärin 34,8 senttimetrin syvyyteen, kun niitä oli vain 29.5 senttiä akaasialle. Molemmilla lajeilla juuret kasvoivat pidemmiksi jokaisen ylimääräisen 1 senttimetrin veden kanssa, jonka kasvit saivat. Akaasia kasvoi enemmän maanpinnan yläpuolella; mesquiitti käytti suurimman osan energiastaan syvän juuren kasvattamiseen mahdollisimman nopeasti.
syvän juuren kasvattaminen hyvin nopeasti auttaa varmistamaan Mesquiten selviytymisen. Eräässä tutkimuksessa tarkasteltiin eri tyyppiä, hunajamesquiittia (”P. glandulosa”). Useimmat tämän lajin nuoret kasvit, jotka selvisivät ensimmäiset kaksi viikkoa itämisen jälkeen, säilyivät hengissä vähintään kaksi vuotta. Tutkimus julkaistiin PLOS ONE-lehdessä 27. tammikuuta 2014.
Kasviystävälliset bakteerit
toinen yleinen aavikkokasvi-kreosoottipensas — on omaksunut erilaisen selviytymisstrategian. Se ei nojaa syviin juuriin lainkaan. Kasvi on silti todellinen aavikon selviytyjä. Kalifornian vanhimman kreosoottipensaan, Kuninkaanklooni-nimisen kasvin, arvioidaan olevan 11 700 vuotta vanha. Se on niin vanha, että kun se ensimmäisen kerran iti, ihmiset olivat vasta opettelemassa viljelyä. Se on paljon vanhempi kuin muinaisen Egyptin pyramidit.
tämä kasvi tunnetaan myös nimellä Larrea tridentata, ja se on erittäin yleinen laajoilla alueilla Sonoran ja Mojaven (moh-HAA-vee) aavikoilla. (Mojave sijaitsee Sonoranin pohjoispuolella ja kattaa osia Kaliforniasta, Arizonasta, Nevadasta ja Utahista.) Kreosoottipensaan pienillä, öljyisillä lehdillä on voimakas tuoksu. Niiden koskettaminen jättää kädet tahmeiksi. Mesquiten tavoin kreosootti tuottaa siemeniä, joista voi kasvaa uusia kasveja. Mutta tämä kasvi luottaa myös toiseen tapaan pitää lajinsa käynnissä: se kloonaa itsensä.
Kloonaus saattaa kuulostaa joltain Tähtien sota-elokuvasta, mutta monet kasvit voivat lisääntyä tällä tavalla. Yleinen esimerkki on peruna. Perunan voi leikata paloiksi ja istuttaa. Niin kauan kuin jokainen pala sisältää lommon, jota kutsutaan ”silmäksi”, uuden perunakasvin pitäisi kasvaa. Se tuottaa uusia perunoita, jotka ovat geneettisesti samoja kuin vanhempaisperuna.
uuden kreosoottikasvin elettyä noin 90 vuotta se alkaa kloonata itseään. Toisin kuin peruna, kreosoottipensaat kasvattavat latvuksistaan uusia oksia-sen kasvin osan, jossa niiden juuret kohtaavat rungon. Nämä uudet oksat kehittävät sitten omat juurensa. Nuo juuret ankkuroivat uudet oksat 0,9-4,6 metriä maaperään. Lopulta kasvin vanhemmat osat kuolevat. Uusi kasvu, joka on nyt ankkuroitunut omiin juuriinsa, elää edelleen.
kasvin kypsyessä se muodostaa suuren, epäsäännöllisen ympyrän. Keskellä mätänevät kreosoottikasvin Vanhat ja kuolleet osat. Uusia klooneja kasvaa ja juurtuu ympäri kehää.
David Crowley on ympäristömikrobiologi Kalifornian yliopistossa Riversidessa. Hän tutkii ympäristössä eläviä olentoja, jotka ovat liian pieniä nähdäkseen ilman mikroskooppia. Vuonna 2012 hän halusi tietää, miten King-klooni on voinut elää niin pitkään niin matalilla juurilla.
tämä kasvi ”sijaitsee alueella, jossa ei usein sada koko vuoteen”, Crowley huomauttaa. ”Ja kuitenkin tämä kasvi istuu tuolla ja elää 11700 vuotta mitä äärimmäisimmissä olosuhteissa: hiekkaisessa maaperässä, ilman vettä, niukasti ravinteita saatavilla. On todella kuuma.”Hänen tiiminsä halusi etsiä maaperän bakteereja, jotka voisivat edistää kasvien kasvua.
Crowley ryhmineen tutkii, miten bakteerit hyödyttävät kasveja. He kehittivät hypoteesin, jonka mukaan kuningas-kloonin juurien lähellä elää paljon erilaisia bakteereja ja että ne auttavat pitämään muinaisen kreosoottipensaan elossa.
selvittääkseen asiaa tutkijat kaivoivat ympärilleen kuningas-kloonin juuret. Asiantuntijat tunnistivat sitten tässä maaperässä elävät bakteerit. He tekivät tämän tutkimalla bakteerien DNA: ta. Useimmat bakteerit olivat tyyppejä, jotka auttavat kasveja kasvamaan eri tavoin. Crowley päättelee nyt, että osa kasvin terveydestä voi johtua niistä ”erityisen hyvistä mikro-organismeista, jotka ovat sen juurissa.”
osa bakteereista tuotti kasvien kasvuhormoneja. Hormoni on kemikaali, joka viestii soluille ja kertoo, milloin ja miten niiden tulee kehittyä, kasvaa ja kuolla. Muut maaperän bakteerit voivat taistella kasveja sairastuttavia bakteereita vastaan. Tutkijat löysivät myös bakteereja, jotka häiritsevät kasvin reagointia stressiin.
suolainen maaperä, äärimmäinen kuumuus tai veden puute — kaikki voivat rasittaa kasvia. Stressaantuneena kasvi voi vastata lähettämällä itselleen viestin, että ” sen pitäisi lakata kasvamasta. Sen pitäisi vain pitää kiinni ja yrittää selviytyä”, Crowley toteaa.
kasvit hälyttävät kudoksiaan tuottamalla eteenikaasua (ETH-uh-leen). Kasvit tekevät tätä hormonia oudolla tavalla. Kasvin juurista valmistetaan ensin kemikaalia nimeltä ACC (lyhenne sanoista 1-aminosyklopropaani-l-karboksyylihappo). Juurista ACC kulkee ylös kasvia, jossa se muuttuu eteenikaasuksi. Mutta bakteerit voivat keskeyttää tämän prosessin kuluttamalla ACC: n. Kun näin käy, kasvi ei saa koskaan omaa sanomaansa kasvun lopettamisesta.
jos stressi yltyisi liian pahaksi – liian vähän vettä tai hyvin, hyvin korkeita lämpötiloja – tämä jatkuva kasvu aiheuttaisi kasvin kuoleman. Jos stressi on kuitenkin tarpeeksi pieni, niin kasvi selviää ihan hyvin, Crowleyn tiimi oppi. Se julkaisi tuloksensa Mikrobitti Ecology-lehdessä.
Uhkapelikukat
Mesquiitti ja kreosootti ovat molemmat perennoja. Se tarkoittaa, että nämä pensaat elävät monta vuotta. Muut aavikon kasvit, kuten monet luonnonkukat, ovat yksivuotisia. Nämä kasvit elävät yhden vuoden. Se jättää niille vain yhden mahdollisuuden tuottaa siemeniä ennen kuolemaansa.
kuvittele nyt, jos joka ikinen noista siemenistä itäisi rankkasateen seurauksena. Jos seurasi kuiva kausi ja kaikki pienet taimet kuolivat, kasvi ei olisi pystynyt lisääntymään. Jos näin kävisi jokaiselle lajinsa kasville, sen lajit kuolisivat sukupuuttoon.
joidenkin luonnonkukkien onneksi niin ei käy, huomauttaa Jennifer Gremer. Hän on Yhdysvaltain geologian tutkimuskeskuksen ekologi. Aiemmin Gremerin työskennellessä Arizonan yliopistossa Tucsonissa hän tutki, miten luonnonkukkien siemenet välttävät tekemästä huonoja ” valintoja.”Joskus ihmiset, jotka lyövät vetoa, käyttävät samaa strategiaa. Kasvien kanssa strategiassa ei kuitenkaan ole kyse rahan voittamisesta. Kyse on lajinsa selviytymisestä.
vedonlyöjät suojaavat joskus panosta. Se on tapa yrittää rajoittaa heidän riskiään. Jos olisit esimerkiksi lyönyt kaverillesi 5 dollaria vetoa, että Kansas City Royals voittaa Vuoden 2014 World Seriesin, olisit menettänyt kaikki rahasi. Voit suojata vedon, olisit voinut lyödä vetoa toisen ystävän $2 että Royals häviäisi World Series. Kun Royals hävisi, hävisit 5 dollaria, mutta voitit 2 dollaria. Se on voinut vielä satuttaa, mutta luultavasti ei niin pahasti kuin jos olisit menettänyt kaikki $5.
Sonoran aavikon villikukat suojaavat myös vetojaan. Veto, jota he suojelevat, on: ”jos kasvan tänä vuonna, voin tuottaa enemmän siemeniä ennen kuin kuolen.”
Kuvittele, että aavikkokukka tuottaa 1000 siementä, jotka kaikki putoavat maahan. Ensimmäisenä vuonna siemenistä itää vain 200. Se on veto. Loput 800 siementä ovat sen pensasaita. He vain valehtelevat ja odottavat.
jos ensimmäinen vuosi on hyvin sateinen, 200 siemenellä voi olla hyvä mahdollisuus kasvaa kukiksi. Kukin vuorollaan voi tuottaa enemmän siemeniä. Jos vuosi on kuitenkin hyvin kuiva, monet, ellei suurin osa, itäneistä siemenistä kuolevat. Yksikään näistä siemenistä ei siis päässyt lisääntymään. Mutta Pensasaidan ansiosta kasvi saa uuden mahdollisuuden. Maassa on vielä 800 siementä, joista jokainen voi kasvaa ensi vuonna, sitä seuraavana vuonna tai ehkä vuosikymmen myöhemmin. Aina kun sateet tulevat.
suojautumisessa on riskinsä. Linnut ja muut aavikon eläimet syövät mielellään siemeniä. Jos siemen siis istuu aavikon lattialla monta vuotta ennen kasvuaan, se saattaa joutua syödyksi.
luonnonkukkien ”pensasaita”
Gremer ryhmineen halusi tietää, miten 12 tavallista aavikkovuokkoa suojasi vetonsa. Asiantuntijat laskivat, mikä osuus siemenistä iti vuosittain. He laskivat myös, mikä osa puhdistamattomista siemenistä säilyi maaperässä. (Esimerkiksi jotkin siemenet päätyvät eläinten syömiksi.)
onnekseen Arizonan yliopiston toinen ekologi Lawrence Venable oli kerännyt tietoa luonnonkukkien siemenistä 30 vuoden ajan. Hän ja Gremer käyttivät näitä tietoja uudessa tutkimuksessa.
Venable otti joka vuosi näytteen aavikon maaperästä ja laski sitten siinä olevien kukkalajien siemenet. Ne edustivat siemeniä, jotka eivät olleet vielä itäneet. Jokaisen sateen jälkeen hänen ryhmänsä laski, kuinka monta iti taimiksi. Venable tarkkaili sitten taimia loppukauden ajan nähdäkseen, asettavatko ne omia siemeniään. Gremer käytti näitä tietoja laskiessaan, kuinka monta siementä iti vuosittain ja lopuksi, kuinka moni niistä lopulta siirtyi tuottamaan lisää siemeniä.
hän epäili, että jos aavikkokukkalaji on erittäin hyvä selviytymään, suurin osa sen siemenistä itäisi joka vuosi. Hänen epäilyksensä osoittautuivat oikeiksi.
hän ennakoi matematiikalla, kuinka monta siementä kustakin kasvista itäisi vuosittain, jos kasvi käyttäisi parasta mahdollista selviytymisstrategiaa. Sitten hän vertasi arvauksiaan siihen, mitä kasvit todella tekivät. Tällä menetelmällä hän vahvisti, että kasvit olivat sittenkin suojanneet vetojaan. Jotkut lajit pärjäsivät paremmin kuin toiset. Hän ja Venable kuvailivat löydöksiään Ecology Letters-lehden maaliskuun numerossa 2014.
Filaree (Erodium texanum) suojasi vetojaan vain vähän. Tämä kasvi tuottaa ”isoja, namia siemeniä”, joita eläimet haluavat syödä, Gremer selittää. Se on myös monia muita aavikon yksivuotisia kasveja parempi selviytymään ilman paljon vettä. Joka vuosi noin 70 prosenttia kaikista filareen siemenistä itää. Jos maukkaat siemenet jäisivät maahan, Eläimet saattaisivat syödä niistä suurimman osan. Sen sijaan kun siemenet itävät, niillä on hyvät mahdollisuudet säilyä elossa ja lisääntyä. Tuo on tämän kasvin pensasaita.
hyvin pieni auringonkukan sukulainen omaksuu päinvastaisen lähestymistavan suojatessaan vetojaan. Jänistupakaksi (Evax multicaulis) kutsutut eläimet syövät harvoin sen hyvin pieniä siemeniä, jotka näyttävät pippurijyviltä. Tämä kasvi voi siis pelata uhkapeliä jättämällä siemenensä lojumaan aavikon pohjalle. Itse asiassa joka vuosi vain 10-15 prosenttia sen siemenistä itää. Ja kun yksi kasvi tekee niin-ja selviää aavikolla tarpeeksi kauan tuottamaan siemeniä-se tuottaa paljon ja paljon siemeniä. Todellakin, se tekee paljon enemmän kuin filaree tekee.
veden puute vaikeuttaa kasvien kasvua. Sen viljelijät Kaliforniassa ovat nähneet liiankin hyvin kolmen kuivuusvuoden aikana. Yhdysvaltain lounaisosien aavikoilla kuivuus on pysyvä piirre elämässä-silti monet kasvit menestyvät siellä yhä. Nämä kasvit menestyvät, koska ne ovat kehittäneet erilaisia tapoja itää, kasvaa ja lisääntyä.
Sanahaku (klikkaa tästä suuremmaksi tulostusta varten)
