Tre anni dopo la peggiore siccità mai registrata, gli agricoltori della California hanno preso provvedimenti per affrontare la mancanza di acqua. Alcuni agricoltori hanno perforato nuovi pozzi in profondità sotto terra. Altri stanno lasciando i campi incolti, aspettando la siccità fino a quando non ci sarà di nuovo abbastanza acqua per seminare i loro raccolti. Ancora altri agricoltori si sono trasferiti in luoghi più verdi e umidi.
Quando la natura non fornisce abbastanza acqua, gli agricoltori usano il loro cervello, muscoli e molta tecnologia per trovare soluzioni. Per quanto intelligenti possano sembrare quelle soluzioni, poche sono davvero così nuove. Molte piante del deserto si basano su strategie simili per battere la siccità-e lo hanno fatto per migliaia se non milioni di anni.
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Nei deserti degli Stati Uniti sud-occidentali e del Messico settentrionale, le piante native hanno escogitato trucchi incredibili per sopravvivere e persino prosperare. Incredibilmente, queste piante affrontano regolarmente condizioni punitive e secche. Qui, le piante possono passare un anno senza vedere una goccia di pioggia.
Come gestiscono ha attirato l’interesse degli scienziati. Questi ricercatori stanno scoprendo tutti i tipi di strategie utilizzate dalle piante del deserto per sopravvivere e riprodursi. Ad esempio, l’albero mesquite conta di trovare condizioni migliori altrove. Piuttosto che muoversi — cosa che non può fare da sola — questa pianta si affida agli animali per mangiare i suoi semi e poi disperderli con le loro feci. Nel frattempo, il cespuglio di creosoto collabora con i microbi nel terreno. Quei microbi aiutano a sopravvivere allo stress molto reale di vivere in un clima persistentemente caldo e secco. E molti fiori selvatici giocano con i loro semi in un modo che può aiutarli a sopravvivere — e outfox — anche la peggiore siccità.
Scavare in profondità per l’acqua
Il deserto di Sonora si trova in Arizona, California., e Messico settentrionale. Le temperature estive diurne spesso superano i 40 ° Celsius (104 ° Fahrenheit). Il deserto si raffredda in inverno. Le temperature notturne possono ora scendere sotto lo zero. Il deserto è secco la maggior parte dell’anno, con stagioni piovose in estate e in inverno. Eppure, anche quando arrivano le piogge, il deserto non riceve molta acqua. Quindi un modo in cui queste piante si sono adattate è far crescere radici molto profonde. Quelle radici attingono a fonti di acque sotterranee molto al di sotto della superficie del suolo.
La mesquite di velluto (Prosopis velutina) è un arbusto comune nel deserto di Sonora. Le sue radici possono immergersi per più di 50 metri (164 piedi). E ‘ piu ‘ alto di un edificio di 11 piani. Questo può aiutare a placare la sete di un mesquite adulto, un arbusto legato ai fagioli. Ma le piantine devono trovare una soluzione diversa quando iniziano a germogliare.
Prima che un seme possa mettere radici, deve atterrare in un buon posto per crescere. Poiché i semi non possono camminare, si affidano ad altri metodi per diffondersi. Un modo è cavalcare i venti. Mesquite ha un approccio diverso.
Ognuna di queste piante produce centinaia – anche migliaia-di seedpods. I baccelli assomigliano molto ai fagiolini ma hanno un sapore dolce e zuccherino. Sono anche molto nutrienti. Gli animali (comprese le persone) possono mangiare baccelli di mesquite essiccati. Tuttavia, i semi stessi, che crescono all’interno dei baccelli dolci, sono duri come la roccia. Quando gli animali mangiano i baccelli, il rivestimento duro dei semi consente a molti di loro di sfuggire allo schiacciamento masticando. I semi duri viaggiano attraverso l’intestino. Alla fine, escono dall’altra parte, in cacca. Poiché gli animali sono spesso in movimento, possono gettare i semi in tutto il deserto.
Essere mangiati aiuta anche il mesquite in un secondo modo. Il rivestimento duro sui suoi semi rende anche difficile per l’acqua entrare in essi. E questo è necessario per un seme a germogliare. Ma quando un animale mangia un baccello, i succhi digestivi nel suo intestino ora rompono il mantello dei semi. Quando quei semi finalmente vengono escreti nelle feci dell’animale saranno finalmente pronti a crescere.
Naturalmente, per crescere bene, ogni seme mesquite deve ancora atterrare in un buon posto. Mesquite di solito cresce meglio vicino a torrenti o arroyos. Arroyos sono insenature secche che si riempiono d’acqua per un breve periodo dopo le piogge. Se un animale va al torrente per bere un drink e poi fa i suoi affari nelle vicinanze, il seme mesquite è fortunato. Le feci dell’animale forniscono anche ad ogni seme un piccolo pacchetto di fertilizzante per quando inizia a crescere.
Mettere radici
Dopo che un animale sparge semi di mesquite attraverso il deserto, i semi non germogliano subito. Invece, sono in agguato per le piogge-a volte per decenni. Una volta che cade abbastanza pioggia, i semi germoglieranno. Ora, devono affrontare una corsa contro il tempo. Quei semi devono rapidamente inviare radici profonde prima che l’acqua si asciughi.
Steven R. Archer studia come funziona. È un ecologista presso l’Università dell’Arizona a Tucson. E ‘ nel cuore del deserto di Sonora. “Studio i sistemi ecologici, che significa le piante e gli animali e i terreni e il clima e come interagiscono tra loro”, spiega.
Il deserto di Sonora non riceve piogge lunghe e prolungate, osserva. La maggior parte della pioggia cade in brevi piccole raffiche. Ciascuno potrebbe fornire appena sufficiente acqua per bagnare il pollice superiore (2,5 centimetri) di terreno. “Ma in certi periodi dell’anno”, osserva Archer, ” riceviamo parecchi di questi impulsi d’acqua.”Un impulso è una breve raffica di pioggia. Potrebbe durare da pochi minuti a un’ora.
Archer e il suo team volevano vedere come due specie vegetali rispondono a questi impulsi. Gli esperti hanno lavorato con mesquite di velluto e un arbusto correlato, l’acacia artiglio del gatto (Acacia greggii). Nei test, gli scienziati hanno cosparso i semi con quantità variabili di acqua. Lo hanno consegnato in un numero variabile di impulsi. Più tardi, hanno misurato quanto velocemente i semi sono germogliati e hanno fatto crescere le radici.
Una tempesta che cade 2 centimetri (0.8 pollici) di pioggia fornisce acqua più che sufficiente per i semi di un arbusto di mesquite o acacia a germinare. Che molta pioggia può mantenere i primi 2,5 centimetri di terreno bagnato per 20 giorni.Quel periodo è cruciale. Ogni piantina “deve avere una radice abbastanza profonda nelle prime settimane dopo la germinazione per sopravvivere al lungo periodo secco che inevitabilmente arriverà”, spiega Archer. Nel deserto di Sonora, infatti, un quarto di tutte le piante perenni-piante che vivono per molti anni — muoiono nei primi 20 giorni dopo la germinazione.
All’interno di una serra, gli scienziati hanno piantato semi di velluto mesquite e acacia artiglio di gatto. Li hanno poi immersi con tra 5,5 e 10 centimetri (2,2 e 3,9 pollici) di acqua per 16 o 17 giorni. Alla fine dell’esperimento, gli scienziati hanno misurato la crescita delle piante.
Semi di Mesquite germinati rapidamente. Sono germogliati dopo 4,3 giorni, in media. I semi di acacia, al contrario, hanno richiesto 7,3 giorni. Il mesquite ha anche sviluppato radici più profonde. Per le piante che hanno ottenuto più acqua, le radici di mesquite sono cresciute a una profondità media di 34,8 centimetri (13,7 pollici), rispetto a solo 29.5 centimetri per l’acacia. In entrambe le specie, le radici crescevano più a lungo con ogni ulteriore 1 centimetro di acqua che le piante ricevevano. L’acacia cresceva più in superficie; il mesquite metteva la maggior parte della sua energia nella crescita di una radice profonda il più velocemente possibile.
Coltivare una radice profonda molto velocemente aiuta a garantire la sopravvivenza di un mesquite. Uno studio ha esaminato un tipo diverso, il miele mesquite (P. glandulosa). La maggior parte delle giovani piante di questa specie sopravvissute alle prime due settimane dopo la germinazione ha continuato a sopravvivere per almeno due anni. Questo studio è stato pubblicato il 27 gennaio 2014, in PLOS ONE.
Batteri favorevoli alle piante
Un’altra pianta comune del deserto — il cespuglio di creosoto — ha adottato una diversa strategia di sopravvivenza. Non si basa su radici profonde a tutti. Tuttavia, la pianta è un vero sopravvissuto del deserto. Si stima che il più antico cespuglio di creosoto, una pianta in California chiamata Clone del Re, abbia 11.700 anni. È così vecchio che quando è germinato per la prima volta, gli umani stavano solo imparando a coltivare. È molto più vecchio delle piramidi dell’antico Egitto.
Conosciuta anche come Larrea tridentata, questa pianta è estremamente comune in vaste aree dei deserti di Sonora e Mojave (moh-HAA-vee). (Il Mojave si trova a nord del Sonora, e copre porzioni di California, Arizona, Nevada e Utah.) Le piccole foglie oleose del cespuglio di creosoto hanno un forte odore. Toccarli lascerà le mani appiccicose. Come mesquite, creosoto produce semi che possono crescere in nuove piante. Ma questa pianta si basa anche su un secondo modo per mantenere la sua specie in corso: si clona.
La clonazione potrebbe sembrare qualcosa di un film di Star Wars, ma molte piante possono riprodursi in questo modo. Un esempio comune è la patata. Una patata può essere tagliata a pezzi e piantata. Finché ogni pezzo include un’ammaccatura chiamata “occhio”, dovrebbe crescere una nuova pianta di patate. Produrrà patate novelle geneticamente uguali alla patata madre.
Dopo che una nuova pianta di creosoto vive per circa 90 anni, inizia a clonarsi. A differenza di una patata, i cespugli di creosoto coltivano nuovi rami dalle loro corone-la parte della pianta in cui le loro radici incontrano il tronco. Questi nuovi rami poi sviluppano le proprie radici. Quelle radici ancorano i nuovi rami da 0,9 a 4,6 metri (da 3 a 15 piedi) nel terreno. Alla fine, le parti più vecchie della pianta muoiono. La nuova crescita, ormai ancorata alle proprie radici, continua a vivere.
Man mano che la pianta matura, forma un grande cerchio irregolare. Al centro, parti vecchie e morte della pianta di creosoto marciscono. Nuovi cloni crescono e mettono radici intorno al perimetro.
David Crowley è un microbiologo ambientale presso l’Università della California, Riverside. Studia gli esseri viventi nell’ambiente che sono troppo piccoli per vedere senza un microscopio. Nel 2012, voleva imparare come il Clone del Re avrebbe potuto vivere così a lungo con radici così superficiali.
Questa pianta “si trova in un’area dove spesso non c’è pioggia per un anno intero”, sottolinea Crowley. “Eppure questa pianta è seduta là fuori, sopravvivendo per 11.700 anni nelle condizioni più estreme-terreno sabbioso, senza acqua, bassi nutrienti disponibili. Fa molto caldo.”Il suo team ha voluto esplorare i batteri del suolo che potrebbero contribuire a promuovere la crescita delle piante.
Crowley e il suo team studiano come i batteri avvantaggiano le piante. Hanno sviluppato un’ipotesi che molti batteri diversi vivono vicino alle radici di King Clone e che aiutano a mantenere vivo l’antico cespuglio di creosoto.
Per scoprirlo, gli scienziati hanno scavato intorno alle radici di King Clone. Gli esperti hanno quindi identificato i batteri che vivono in questo terreno. Lo hanno fatto studiando il DNA dei germi. La maggior parte dei batteri erano tipi che aiutano le piante a crescere in modi diversi. Parte della salute della pianta, conclude Crowley, può risalire a quei ” microrganismi particolarmente buoni sulle sue radici.”
Alcuni dei batteri producevano ormoni della crescita vegetale. Un ormone è una sostanza chimica che segnala le cellule, dicendo loro quando e come svilupparsi, crescere e morire. Altri batteri nel terreno possono combattere i germi che fanno ammalare le piante. Gli scienziati hanno anche trovato batteri che interferiscono con la risposta di una pianta allo stress.
Terreno salato, calore estremo o mancanza di acqua — tutti possono stressare una pianta. Una volta sollecitato, una pianta può rispondere inviandosi un messaggio che ” dovrebbe smettere di crescere. Dovrebbe solo resistere e cercare di sopravvivere”, osserva Crowley.
Le piante allertano i loro tessuti producendo gas etilene (ETH-uh-leen). Le piante fanno questo ormone in un modo strano. In primo luogo, le radici di una pianta fanno una sostanza chimica chiamata ACC (abbreviazione di acido 1-aminociclopropano-l-carbossilico). Dalle radici, ACC viaggia su una pianta, dove sarà convertito in gas etilene. Ma i batteri possono interrompere quel processo consumando l’ACC. Quando ciò accade, la pianta non ottiene mai il proprio messaggio per smettere di crescere.
Se lo stress diventasse troppo cattivo — troppa poca acqua, o temperature molto, molto alte — questa crescita senza sosta causerebbe la morte della pianta. Tuttavia, se lo stress è abbastanza piccolo, allora la pianta sopravvive bene, la squadra di Crowley ha imparato. Ha pubblicato i suoi risultati sulla rivista Microbial Ecology.
Fiori di gioco d’azzardo
Mesquite e creosoto sono entrambi piante perenni. Ciò significa che questi arbusti vivono per molti anni. Altre piante del deserto, tra cui molti fiori selvatici, sono annuali. Queste piante vivono un solo anno. Che lascia loro solo una possibilità di produrre semi prima di morire.
Ora immagina se ognuno di quei semi germogliasse a seguito di un temporale. Se fosse seguito un periodo di siccità e tutte le piccole piantine fossero morte, la pianta non sarebbe riuscita a riprodursi. In effetti, se ciò accadesse a ogni pianta del suo genere, la sua specie si estinguerebbe.
Fortunatamente per alcuni fiori selvatici, non è quello che succede, osserva Jennifer Gremer. E ‘ un’ecologista dell’U. S. Geological Survey. In precedenza, mentre Gremer ha lavorato presso l “Università dell” Arizona a Tucson, ha studiato come semi di fiori selvatici evitare di fare scelte cattive”.”A volte le persone che piazzano scommesse usano la stessa strategia. Con le piante, la strategia non è di vincere soldi, però. Riguarda la sopravvivenza della sua specie.
Gli scommettitori a volte coprono una scommessa. Questo è un modo per cercare di limitare il loro rischio. Ad esempio, se avessi scommesso un amico 5 5 che i Kansas City Royals avrebbero vinto le World Series 2014, avresti perso tutti i tuoi soldi. Per coprire la tua scommessa, avresti potuto scommettere un altro amico 2 2 che i Royals avrebbero perso le World Series. In questo modo, quando i Reali hanno perso, hai perso 5 5 ma hai vinto $2. Che può ancora hanno fatto male, ma probabilmente non così male come se avessi perso tutto 5 5.
Anche i fiori selvatici del deserto di Sonora coprono le loro scommesse. La scommessa che stanno coprendo è: “Se cresco quest’anno, posso produrre più semi prima di morire.”
Immagina che un fiore selvatico del deserto produca 1.000 semi che cadono tutti a terra. Il primo anno, solo 200 dei semi germinano. Questa è la scommessa. Gli altri 800 semi sono la sua siepe. Mentono e aspettano.
Se quel primo anno è molto piovoso, i 200 semi potrebbero avere un buon colpo a crescere in fiori. Ognuno a sua volta può produrre più semi. Se l’anno è molto secco, tuttavia, molti, se non la maggior parte, dei semi che sono germinati moriranno. Nessuno di questi semi, quindi, ha avuto modo di riprodursi. Ma grazie alla siepe, la pianta ha una seconda possibilità. Ha ancora 800 altri semi nel terreno, ciascuno in grado di crescere l’anno prossimo, l’anno dopo o forse un decennio più tardi. Ogni volta che arrivano le piogge.
La copertura ha i suoi rischi. Uccelli e altri animali del deserto piace mangiare semi. Quindi, se un seme si siede sul pavimento del deserto per molti anni prima di crescere, potrebbe essere mangiato.
La siepe di fiori selvatici
Gremer e il suo team volevano sapere come 12 comuni annuali del deserto hanno coperto le loro scommesse. Gli esperti hanno contato quale quota dei semi germogliava ogni anno. Hanno anche contato quale quota di semi non germinati è sopravvissuta nel terreno. (Ad esempio, alcuni semi finiscono per essere mangiati dagli animali.)
Per fortuna, un altro ecologista dell’Università dell’Arizona, Lawrence Venable, aveva raccolto dati sui semi di fiori selvatici per 30 anni. Lui e Gremer hanno usato questi dati per un nuovo studio.
Ogni anno, Venable campionava il suolo del deserto e poi contava i semi di ogni specie di fiori. Questi rappresentavano semi che non erano ancora germinati. Dopo ogni pioggia, la sua squadra ha contato quanti sono germogliati nelle piantine. Venable quindi guardava le piantine per il resto della stagione per vedere se mettevano i semi da soli. Gremer ha usato questi dati per calcolare quanti semi germinati ogni anno e, infine, quanti di questi alla fine hanno continuato a produrre più semi.
Sospettava che se una specie di fiore del deserto fosse molto brava a sopravvivere, la maggior parte dei suoi semi germoglierebbe ogni anno. E i suoi sospetti si sono rivelati corretti.
Ha usato la matematica per anticipare quanti semi di ogni pianta germinerebbero ogni anno se la pianta stesse usando la migliore strategia possibile per la sopravvivenza. Poi ha paragonato le sue ipotesi a ciò che le piante hanno davvero fatto. Con questo metodo, ha confermato che le piante avevano coperto le loro scommesse dopo tutto. Alcune specie hanno fatto meglio di altre. Lei e Venable hanno descritto le loro scoperte nel numero di marzo 2014 di Ecology Letters.
Filaree (Erodium texanum) ha coperto le sue scommesse solo un po’. Questa pianta produce “semi grandi e gustosi” che gli animali amano mangiare, spiega Gremer. È anche meglio di molte altre annuali del deserto a sopravvivere senza molta acqua. Ogni anno, circa il 70% di tutti i semi di filaree germinano. Dopotutto, se i gustosi semi rimanessero nel terreno, gli animali potrebbero mangiarne la maggior parte. Invece, quando i semi germogliano, hanno buone possibilità di sopravvivere e riprodursi. Questa è la siepe di questa pianta.
Un parente molto piccolo del girasole adotta l’approccio opposto nella copertura delle sue scommesse. Chiamato tabacco di coniglio (Evax multicaulis), gli animali raramente mangiano i suoi minuscoli semi, che sembrano grani di pepe. Quindi questa pianta può giocare a lasciare i suoi semi sul pavimento del deserto. Infatti, ogni anno, solo il 10-15 per cento dei suoi semi germinano. E quando una pianta lo fa-e sopravvive nel deserto abbastanza a lungo da produrre semi-produce molti e molti semi. In effetti, rende molti più di un filaree fa.
La mancanza di acqua rende difficile la crescita delle piante. Questo è qualcosa che gli agricoltori della California hanno visto fin troppo bene negli ultimi tre anni di siccità. Nei deserti del sud-ovest degli Stati Uniti, la siccità è una caratteristica permanente della vita — eppure lì, molte piante prosperano ancora. Queste piante hanno successo perché hanno evoluto diversi modi per germinare, crescere e riprodursi.
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