három évvel a legsúlyosabb aszály rekord, gazdák Kaliforniában tettek lépéseket, hogy foglalkozik a vízhiány. Néhány gazdálkodó új kutakat fúrt mélyen a föld alatt. Mások parlagon hagyják a szántóföldeket, kivárják az aszályt, amíg lesz elég víz a vetéshez. Még más gazdák költöztek zöldebb, nedvesebb helyekre.
amikor a természet nem biztosít elegendő vizet, a gazdák az agyukat, az izmukat és a rengeteg technológiát használják a megoldások megtalálásához. Bármennyire is okosnak tűnnek ezek a megoldások, kevés igazán új. Sok sivatagi növény hasonló stratégiákra támaszkodik, hogy legyőzze az aszályt-és ezt több ezer, ha nem millió éven keresztül tették.
a pedagógusok és a szülők, iratkozzon fel a Cheat Sheet
heti frissítéseket, hogy segítsen használni Science News a diákok a tanulási környezet
a sivatagok a délnyugati Egyesült Államok és Észak-Mexikóban, őshonos növények jöttek fel csodálatos trükköket, hogy túlélje, és még boldogulni. Hihetetlen, hogy ezek a növények rutinszerűen megbirkóznak a büntetően száraz körülményekkel. Itt a növények egy évig el tudnak menni anélkül, hogy egy csepp esőt látnának.
hogyan kezelik felkeltette a tudósok érdeklődését. Ezek a kutatók feltárnak mindenféle stratégiát, amelyet a sivatagi növények használnak a túléléshez és a szaporodáshoz. Például a mesquite fa számít arra, hogy máshol jobb feltételeket találjon. Ahelyett, hogy mozogna — amit önmagában nem tud megtenni-ez a növény az állatokra támaszkodik, hogy megeszik a magjait, majd szétszórják őket ürülékükkel. Eközben a kreozot bokor a talajban lévő mikrobákkal partnerkedik. Ezek a mikrobák segítenek abban, hogy túlélje a tartósan forró és száraz éghajlaton való élet nagyon is valós stresszét. És sok vadvirág úgy játszik a magjaival, hogy segít nekik túlélni — és túlszárnyalni — még a legrosszabb aszályt is.
mély víz ásása
a Sonoran-sivatag Arizonában, Kaliforniában található. Észak-Mexikó. A nappali nyári hőmérséklet gyakran 40 Celsius (104 Celsius fok) felett van. A sivatag télen lehűl. Az éjszakai hőmérséklet most fagypont alá eshet. A sivatag az év nagy részében száraz, esős évszakokkal nyáron és télen. Még akkor is, ha esik az eső, a sivatag nem kap sok vizet. Tehát ezeknek a növényeknek az egyik módja az, hogy nagyon mély gyökereket termesztenek. Ezek a gyökerek a talaj felszíne alatti talajvízforrásokba csapódnak.
a Bársony mesquite (Prosopis velutina) egy gyakori cserje a Sonoran sivatagban. Gyökerei több mint 50 méterre (164 láb) merülhetnek le. Ez magasabb, mint egy 11 emeletes épület. Ez segíthet egy teljesen kifejlett mesquite, a babhoz kapcsolódó cserje szomjúságának enyhítésében. De a palántáknak más megoldást kell találniuk, amikor csírázni kezdenek.
mielőtt egy mag meggyökerezhet, jó helyen kell leszállnia a növekedéshez. Mivel a magok nem tudnak járni,más módszerekre támaszkodnak. Az egyik módja a szelek lovagolása. Mesquite más megközelítést alkalmaz.
mindegyik növény több száz — akár több ezer-vetőmagot termel. A hüvelyek nagyon hasonlítanak a zöldbabra, de cukros édes ízűek. Ők is nagyon tápláló. Az állatok (beleértve az embereket is) szárított mesquite hüvelyeket fogyaszthatnak. Azonban maguk a magok, amelyek az édes hüvelyben nőnek, kemények. Amikor az állatok megeszik a hüvelyeket, a magok kemény bevonata lehetővé teszi, hogy sokan elmeneküljenek a rágás által. A kemény magok egészen a bélen keresztül haladnak. Végül a másik oldalon jönnek ki, kakilva. Mivel az állatok gyakran mozgásban vannak, az egész sivatagban el tudják vetni a magokat.
az evés második módon is segíti a mesquite-t. A magjainak kemény bevonata szintén megnehezíti a víz bejutását. És ez szükséges ahhoz, hogy a magok kihajtsanak. De amikor egy állat megeszi a hüvelyt, a bélben lévő emésztőnedvek lebontják a magok kabátját. Amikor ezek a magok végül kiválasztódnak az állat ürülékébe, végre készen állnak a növekedésre.
természetesen a jó növekedéshez minden mesquite magnak még mindig Jó helyre kell szállnia. A Mesquite általában patakok vagy arroyos közelében nő a legjobban. Az Arroyos száraz patakok, amelyek az esőzések után rövid ideig megtelnek vízzel. Ha egy állat a patakhoz megy inni, majd a közelben végzi üzleti tevékenységét, akkor a mesquite magnak szerencséje van. Az állat ürüléke minden maghoz egy kis műtrágyacsomagot is biztosít, amikor növekedni kezd.
gyökeret ereszt
miután egy állat szétszórja a mesquite magokat a sivatagban, a magok nem csíráznak azonnal. Ehelyett az esőkre várnak-néha évtizedekig. Ha elegendő eső esik, a magok kihajtanak. Most versenyfutással néznek szembe az idővel. Ezeknek a magoknak gyorsan le kell küldeniük a mély gyökereket, mielőtt a víz kiszáradna.
Steven R. Archer tanulmányozza, hogyan működik ez. Ökológus az Arizonai Egyetemen Tucsonban. A Sonora sivatag szívében van. “Tanulmányozom az ökológiai rendszereket, ami azt jelenti, hogy a növények és az állatok, a talaj és az éghajlat, és hogyan hatnak egymásra” – magyarázza.
a Sonoran-sivatag nem kap hosszú, tartós esőzések, megjegyzi. A legtöbb eső rövid kis törésekben esik. Mindegyik elegendő vizet szolgáltathat a talaj felső hüvelyk (2,5 centiméter) nedvesítéséhez. “De az év bizonyos időszakaiban-jegyzi meg Archer-jó néhány ilyen vízimpulzust kapunk.”A pulzus egy rövid eső. Néhány perctől egy óráig tarthat.
Archer és csapata arra volt kíváncsi, hogy két növényfaj hogyan reagál ezekre a pulzusokra. A szakértők bársonyos mesquite-vel és egy kapcsolódó cserjével, a Macskakarom akácával (Acacia greggii) dolgoztak. A tesztek során a tudósok változó mennyiségű vízzel eloltották a magokat. Különböző számú impulzusban adták le. Később megmérték, hogy a magok milyen gyorsan csíráztak és nőttek a gyökerek.
a vihar, hogy csökken 2 centiméter (0.8 hüvelyk) eső több mint elegendő vizet biztosít a mesquite vagy akác cserje magjainak csírázásához. Ennyi eső 2,5 centiméterig nedvesen tarthatja a talajt 20 napig.Ez az időszak döntő fontosságú. Minden palántának” a csírázást követő első hetekben elég mély gyökeret kell kapnia ahhoz, hogy túlélje az elkerülhetetlenül bekövetkező hosszú száraz időszakot ” – magyarázza Archer. A Sonoran-sivatagban valójában az összes évelő növény — a sok éven át élő növények-egynegyede a csírázást követő első 20 napban elpusztul.
egy üvegházban a tudósok bársony mesquite és Macskakarom akác magokat ültettek. Ezután 5,5-10 centiméter (2,2 és 3,9 hüvelyk) vízzel áztatták őket 16 vagy 17 nap alatt. A kísérlet végén a tudósok megmérték a növények növekedését.
a Mesquite magok gyorsan csíráztak. Átlagosan 4,3 nap után csíráztak. Az akácmag ezzel szemben 7,3 napot vett igénybe. A mesquite mélyebb gyökereket is növesztett. A legtöbb vizet kapó növények esetében a mesquite gyökerei átlagosan 34,8 centiméter (13,7 hüvelyk) mélységig nőttek, szemben a mindössze 29-vel.5 centiméter az akác számára. Mindkét fajban a gyökerek hosszabbak lettek, minden további 1 centiméter vízzel, amelyet a növények kaptak. Az akác jobban nőtt a föld felett; a mesquite energiájának nagy részét a lehető leggyorsabban mély gyökér termesztésére fordította.
a mély gyökér nagyon gyors növekedése biztosítja a mesquite túlélését. Az egyik tanulmány egy másik típust, a honey mesquite-t (P. glandulosa) vizsgálta. Ennek a fajnak a legtöbb fiatal növénye, amely túlélte a csírázást követő első két hetet, legalább két évig fennmaradt. Ez a tanulmány megjelent január 27, 2014, a PLOS ONE.
Növénybarát baktériumok
egy másik gyakori sivatagi növény-a kreozot bokor — más túlélési stratégiát fogadott el. Egyáltalán nem támaszkodik a mély gyökerekre. Ennek ellenére a növény igazi sivatagi túlélő. A legrégebbi kreozot bokor, egy kaliforniai növény, a King Clone, becslések szerint 11 700 éves. Olyan régi, hogy amikor először csírázott, az emberek csak most tanulták meg, hogyan kell gazdálkodni. Sokkal régebbi, mint az ókori Egyiptom piramisai.
Larrea tridentata néven is ismert, ez a növény rendkívül gyakori a Sonoran és a Mojave (moh-HAA-vee) sivatagok nagy területein. (A Mojave a Sonoran északi részén fekszik, és Kalifornia, Arizona, Nevada és Utah egyes részeit fedi le.) A kreozot bokor kicsi, olajos leveleinek erős illata van. Ha megérinti őket, ragacsos lesz a keze. A mesquite-hez hasonlóan a kreozot olyan magokat is termel, amelyek új növényekké nőhetnek. De ez a növény egy második módszerre is támaszkodik, hogy megőrizze faját: klónozza magát.
a klónozás úgy hangzik, mintha egy Star Wars-filmből származna, de sok növény képes így reprodukálni. Gyakori példa a burgonya. A burgonyát darabokra lehet vágni és ültetni. Mindaddig, amíg minden darab tartalmaz egy “szemnek” nevezett horpadást, új burgonyanövénynek kell növekednie. Új burgonyát fog előállítani, amely genetikailag megegyezik a szülő burgonyával.
miután egy új kreozot növény körülbelül 90 évig él, elkezdi klónozni magát. A burgonyával ellentétben a kreozot bokrok új ágakat növesztenek koronájukból-a növény azon részéből, ahol gyökereik találkoznak a csomagtartóval. Ezek az új ágak ezután kifejlesztik saját gyökereiket. Ezek a gyökerek az új ágakat 0,9-4,6 méterre (3-15 láb) rögzítik a talajba. Végül a növény régebbi részei elpusztulnak. Az új növekedés, amelyet most saját gyökerei rögzítenek, tovább él.
ahogy a növény érlelődik, nagy, szabálytalan kört képez. A közepén a kreozot növény régi és elhalt részei rothadnak. Új klónok nőnek és gyökereznek a kerület körül.
David Crowley környezeti mikrobiológus a Kaliforniai Egyetemen, Riverside-ban. Olyan élőlényeket tanulmányoz a környezetben, amelyek túl kicsiek ahhoz, hogy mikroszkóp nélkül láthassák őket. 2012-ben meg akarta tanulni, hogyan élhetett a King klón ilyen sokáig ilyen sekély gyökerekkel.
ez a növény “olyan területen található, ahol gyakran egész évben nincs eső” – mutat rá Crowley. “És mégis, ez a növény odakint ül, és 11 700 évig él a legszélsőségesebb körülmények között-homokos talaj, nincs víz, kevés tápanyag áll rendelkezésre. Nagyon meleg van.”Csapata olyan talajbaktériumokat akart felderíteni, amelyek elősegíthetik a növények növekedését.
Crowley és csapata azt vizsgálja, hogy a baktériumok hogyan hasznosítják a növényeket. Kifejlesztettek egy hipotézist, miszerint sok különböző baktérium él a King klón gyökerei közelében, és segítenek életben tartani az ősi kreozot bokrot.
hogy kiderítsék, a tudósok King Clone gyökereit ásták. A szakértők ezután azonosították a talajban élő baktériumokat. Ezt a baktériumok DNS-ének tanulmányozásával tették. A legtöbb baktérium olyan típusú volt, amely különböző módon segíti a növények növekedését. A növény egészségének egy része, Crowley most arra a következtetésre jut, nyomon követheti azokat a “különösen jó mikroorganizmusokat a gyökerein.”
a baktériumok egy része növényi növekedési hormonokat termelt. A hormon egy vegyi anyag, amely jelzi a sejteket, megmondja nekik, mikor és hogyan fejlődjenek, növekedjenek és meghaljanak. A talajban lévő más baktériumok leküzdhetik a növényeket megbetegítő baktériumokat. A tudósok olyan baktériumokat is találtak, amelyek zavarják a növény stresszre adott válaszát.
sós talaj, extrém hő vagy vízhiány — mindez megterhelheti a növényt. Stressz esetén a növény úgy reagálhat, hogy üzenetet küld magának, hogy “abba kell hagynia a növekedést. Csak ki kell tartania, és meg kell próbálnia túlélni” – jegyzi meg Crowley.
a növények etilén (ETH-uh-leen) gáz előállításával figyelmeztetik szöveteiket. A növények furcsa módon készítik ezt a hormont. Először is, a növény gyökerei ACC nevű vegyszert hoznak létre (az 1-amino-ciklopropán-l-karbonsav rövidítése). A gyökerekből az ACC felfelé halad egy növényen,ahol etilén gázzá alakul. De a baktériumok megszakíthatják ezt a folyamatot az ACC fogyasztásával. Amikor ez megtörténik, a növény soha nem kapja meg saját üzenetét, hogy hagyja abba a növekedést.
ha a stressz túlságosan rosszra fordul — túl kevés víz vagy nagyon — nagyon magas hőmérséklet -, ez a folyamatos növekedés a növény pusztulását okozza. Ha azonban a stressz elég kicsi, akkor a növény nagyon jól él túl-tudta meg Crowley csapata. Eredményeit a Microbial Ecology folyóiratban tette közzé.
szerencsejáték Virágok
Mesquite és kreozot egyaránt évelők. Ez azt jelenti, hogy ezek a cserjék sok éven át élnek. Más sivatagi növények, köztük sok vadvirág, egynyári növények. Ezek a növények egyetlen évet élnek. Ez csak egy esélyt hagy nekik, hogy magokat termeljenek, mielőtt meghalnak.
most képzeljük el, hogy minden egyes mag kicsírázott-e egy felhőszakadás után. Ha egy száraz varázslat következett volna, és az összes kis palánta elpusztult volna, a növény nem tudott volna szaporodni. Valójában, ha ez minden fajta növénynél megtörténne, a fajai kihalnának.
néhány vadvirág szerencsére nem ez történik-jegyzi meg Jennifer Gremer. Ökológus a US Geological Survey-nél. Korábban, míg Gremer a tucsoni Arizonai Egyetemen dolgozott, tanulmányozta, hogy a vadvirág magjai hogyan kerülik el a rossz “döntéseket”.”Néha az emberek, akik tétjeiket használja ugyanazt a stratégiát. A növényeknél azonban a stratégia nem a pénz megnyeréséről szól. Ez a faj túléléséről szól.
a fogadók néha fedeznek egy fogadást. Így próbálják korlátozni a kockázatukat. Például, ha 5 dollárt fogadott volna egy barátjának, hogy a Kansas City Royals megnyeri a 2014-es World Series-t, akkor elvesztette volna az összes pénzét. A tét fedezésére fogadhatott volna egy másik barátjának 2 dollárt, hogy a Royals elveszíti a World Series-t. Így, amikor a Royals veszített, 5 dollárt vesztettél, de 2 dollárt nyertél. Lehet, hogy még mindig fájt, de valószínűleg nem olyan rosszul, mintha elvesztette volna az összes 5 dollárt.
a Sonoran-sivatag vadvirágai is fedezik fogadásaikat. A tét, amelyet fedeznek: “ha ebben az évben növök, több magot tudok termelni, mielőtt meghalok.”
képzeljük el, hogy egy sivatagi vadvirág 1000 magot termel, amelyek mind a földre hullanak. Az első évben csak 200 mag csírázik. Ez a tét. A másik 800 mag a sövény. Csak hazudnak és várnak.
ha az első év nagyon esős, akkor a 200 magnak jó esélye lehet virággá nőni. Mindegyik viszont több magot képes előállítani. Ha az év nagyon száraz, akkor a csírázott magok közül sok, ha nem a legtöbb meghal. Ezek közül a magok közül egyiknek sem kellett szaporodnia. De a sövénynek köszönhetően a növény második esélyt kap. Még 800 további mag van a talajban, amelyek mindegyike képes növekedni jövőre, az azt követő évben vagy talán egy évtizeddel később. Amikor esik az eső.
a fedezeti ügyletnek megvannak a kockázatai. A madarak és más sivatagi állatok szeretnek magokat enni. Tehát, ha egy mag sok éven át ül a sivatagi padlón, mielőtt növekszik, akkor megeszik.
a vadvirág ‘sövény’
Gremer és csapata azt akarta tudni, hogy 12 közönséges sivatagi egynyári hogyan tartja a tétjét. A szakértők összeszámolták, hogy a magok hány százaléka csírázott évente. Azt is megszámolták, hogy a csírázatlan magok mekkora része maradt fenn a talajban. (Például néhány magot végül megesznek az állatok.)
ahogy szerencséje lenne, az Arizonai Egyetem másik ökológusa, Lawrence Venable 30 éve gyűjtött adatokat a vadvirág magjairól. Gremerrel ezeket az adatokat egy új tanulmányhoz használták fel.
minden évben Venable mintát vett a sivatagi talajból,majd megszámolta az egyes virágfajok magjait. Ezek olyan magokat képviseltek, amelyek még nem csíráztak. Minden eső után csapata megszámolta, hogy hányan csíráztak palántákba. A Venable ezután a szezon hátralévő részében figyelte a palántákat, hátha saját magokat állítanak be. Gremer ezeket az adatokat használta arra, hogy kiszámítsa, hány mag csírázott évente, és végül, hogy ezek közül végül hányan termeltek több magot.
azt gyanította, hogy ha egy sivatagi virágfaj nagyon jól képes túlélni, akkor a legtöbb magja évente csírázik. És a gyanakvása igaznak bizonyult.
matematikával megjósolta, hogy az egyes növények hány magja csírázik évente, ha a növény a lehető legjobb túlélési stratégiát alkalmazza. Aztán összehasonlította a találgatásait azzal, amit a növények valóban tettek. Ezzel a módszerrel megerősítette, hogy a növények végül is fedezik fogadásaikat. Egyes fajok jobban teljesítettek, mint mások. Ő és Venable az Ecology Letters 2014. márciusi számában ismertették eredményeiket.
a Filaree (Erodium texanum) csak egy kicsit fedezte tétjeit. Ez a növény “nagy, finom magokat” termel, amelyeket az állatok szeretnek enni-magyarázza Gremer. Ez is jobb, mint sok más sivatagi egynyári túlélő sok víz nélkül. Minden évben az összes filaree mag mintegy 70 százaléka csírázik. Végül is, ha az ízletes magok a talajban maradnak, az állatok a legtöbbet megeszik. Ehelyett, amikor a magok kihajtanak, jó esélyük van a túlélésre és a szaporodásra. Ez a növény sövénye.
a napraforgó nagyon kicsi rokona az ellenkező megközelítést alkalmazza fogadásainak fedezésére. Az úgynevezett nyúl dohány (Evax multicaulis), az állatok ritkán eszik nagyon apró magjait, amelyek úgy néznek ki, mint a bors szemek. Tehát ez a növény kockáztat, ha magjait a sivatagi padlón fekve hagyja. Valójában minden évben a magjainak csak 10-15% – a csírázik. És amikor egy növény igen — és elég sokáig él a sivatagban ahhoz, hogy magokat termeljen—, akkor sok-sok magot hoz létre. Valóban, sokkal többet tesz, mint egy filaree.
a vízhiány megnehezíti a növények növekedését. Ez az, amit a kaliforniai növénytermesztők csak túl jól láttak az elmúlt három évben az aszályban. Az Egyesült Államok délnyugati részének sivatagaiban az aszály az élet állandó jellemzője — mégis sok növény még mindig virágzik. Ezek a növények azért sikeresek, mert különböző módszereket fejlesztettek ki a csírázásra, a növekedésre és a szaporodásra.
Word Find (kattintson ide a nagyításhoz a nyomtatáshoz)
