記録上最悪の干ばつに3年、カリフォルニア州の農家は水不足に対処するための行動を取った。 いくつかの農家は、地下深くに新しい井戸を掘削しています。 他の人たちは、作物を播種するのに十分な水が再びあるまで干ばつを待って、休耕田を残しています。 まだ他の農家は、より環境に優しい、より湿った場所に移動しました。
自然が十分な水を提供していないとき、農家は解決策を見つけるために彼らの脳、腕力とたくさんの技術を使用しています。 これらの解決策が見えるかもしれないほど巧妙な、いくつかは本当にすべての新しいです。 多くの砂漠の植物は干ばつを打つために同様の戦略に依存しています—そして何百万年ではないにしても何千もの間そうしてきました。
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米国南西部とメキシコ北部の砂漠では、ネイティブの植物は、生き残るために素晴らしいトリックを思い付いている、とさえ繁栄しています。 信じられないほど、これらの植物は日常的に懲罰的に乾燥した条件に対処します。 ここでは、植物は一滴の雨を見ることなく一年行くことができます。
彼らがどのように管理しているかは、科学者の関心を集めています。 これらの研究者は、砂漠の植物が生き残り、繁殖するために使用されるあらゆる種類の戦略を明らかにしています。 例えば、メスキートの木は、他の場所でより良い条件を見つけることに数えます。 むしろ移動するよりも—それはそれ自身で行うことはできません—この植物は、その種子を食べ、その後、彼らの糞でそれらを散乱する動物に依存してい 一方、クレオソートブッシュは、土壌中の微生物と提携しています。 これらの微生物は、それが永続的に暑く乾燥した気候での生活の非常に本当のストレスを生き残るのに役立ちます。 そして、多くの野生の花は、最悪の干ばつでさえ、彼らが長持ちするのを助けることができる方法で彼らの種を賭けています。
水を深く掘る
ソノラ砂漠はカリフォルニア州アリゾナ州に位置しています。、およびメキシコ北部。 日中の夏の気温はしばしば摂氏40度（華氏104度）を超える。 砂漠は冬に冷える。 夜間の気温は氷点下になる可能性があります。 砂漠は夏と冬に雨季で、一年のほとんどは乾燥しています。 しかし、雨が降っても、砂漠は多くの水を得ることはありません。 だから、これらの植物が適応している一つの方法は、非常に深い根を成長させることです。 これらの根は、土壌の表面のはるか下の地下水の源をタップします。
ベルベット-メスキート（Prosopis velutina）はソノラ砂漠の一般的な低木です。 その根は50メートル（164フィート）以上に急落することができます。 それは11階建ての建物よりも高いです。 これは、豆に関連する低木である完全に成長したメスキートの渇きを和らげるのに役立ちます。 しかし、苗は発芽し始めると別の解決策を見つけなければなりません。
種が根付く前に、成長するためには良い場所に着陸しなければなりません。 種子は歩くことができないので、彼らは広がるために他の方法に依存しています。 一つの方法は、風に乗ることです。 Mesquiteは別のアプローチを取る。
これらの植物はそれぞれ数百、さらには数千種の種子を生産しています。 さやは緑色の豆のようにたくさん見えますが、甘い甘い味がします。 彼らはまた、非常に栄養価が高いです。 動物（人を含む）は乾燥したメスキートポッドを食べることができます。 しかし、甘いポッドの中で成長する種子自体は、岩のように硬いです。 動物が鞘を食べるとき、種子の硬いコーティングは、それらの多くが噛むことによって粉砕されて逃げることを可能にする。 堅い種は腸を通ってずっと移動する。 最終的には、彼らはうんちで、反対側に出てくる。 動物はしばしば移動しているので、彼らはすべての砂漠の上に種子を流すことができます。
食べることは、メスキートも第二の方法で役立ちます。 その種子の硬いコーティングはまた、水がそれらに入ることを困難にする。 そして、それは種子が発芽するために必要です。 しかし、いくつかの動物がポッドを食べると、その腸内の消化液は今、種子のコートを分解します。 それらの種子が最終的に動物の糞便中に排泄されるとき、彼らはついに成長する準備ができています。
もちろん、よく成長するためには、それぞれのメスキートの種はまだ良い場所に着陸する必要があります。 メスキートは、通常、川やアロヨの近くで最もよく成長します。 Arroyosは雨の後の短い間水で満たす乾燥した小川である。 動物が飲み物を飲むために川に行き、近くでそのビジネスをするならば、メスキートの種は運が良いです。 動物の糞便はまた、それが成長を開始しないときのための肥料の小さなパッケージで各種子を提供します。
根を取る
動物が砂漠を横切ってメスキートの種を散布した後、種はすぐに発芽しません。 代わりに、彼らは雨のために待っている—時には何十年もの間。 十分な雨が落ちると、種子が発芽します。 今、彼らは時計との戦いに直面しています。 水が乾く前に、これらの種子はすぐに深い根を下に送る必要があります。
スティーブン-R-アーチャーは、これがどのように機能するかを研究しています。 彼はツーソンのアリゾナ大学の生態学者です。 それはソノラ砂漠の中心部にあります。 “私は植物や動物、土壌や気候を意味し、それらがすべて互いにどのように相互作用するかを意味する生態系を研究しています”と彼は説明します。
ソノラ砂漠は長く、持続的な雨を降らない、と彼は指摘する。 ほとんどの雨は短い小さなバーストで落ちます。 それぞれは土の上のインチ（2.5センチメートル）をぬらすためにちょうど十分な水を提供するかもしれません。 “しかし、今年の特定の時間の間に、”アーチャーは指摘し、”私たちは水のそれらのパルスのかなりの数を取得します。”パルスは雨の短いバーストです。 それは数分から時間までどこでも続くかもしれません。
アーチャーと彼のチームは、二つの植物種がこれらのパルスにどのように反応するかを見たかった。 専門家は、ベルベットmesquiteと関連する低木、キャッツクローアカシア（アカシアgreggii）で働いていました。 テストでは、科学者たちは様々な量の水で種子を散布しました。 彼らは様々な数のパルスでそれを届けました。 その後、彼らは種子が発芽し、根を成長させたどのくらいの速を測定しました。
2センチ落ちる嵐(0.雨の8インチ）は、発芽するメスキートまたはアカシア低木の種子のための十分な水よりも多くを提供します。 その多くの雨は土の上の2.5センチメートルを20日間ぬれた保つことができる。その期間は重要です。 各苗は、必然的に来る長い乾燥期間を生き残るためには、発芽してから最初の数週間で十分な深さの根を得る必要があります”とアーチャーは説明します。 ソノラ砂漠では、実際には、すべての多年生植物の四分の一—長年住んでいる植物—発芽してから最初の20日間で死ぬ。
温室の中で、科学者達はベルベット・メスキートとキャッツ・クロー・アカシアの種を植えた。 彼らはその後、16または17日間にわたって5.5と10センチメートル（2.2と3.9インチ）の水でそれらを浸した。 実験の終わりに、科学者たちは植物の成長を測定しました。
メスキートの種子はすぐに発芽した。 彼らは平均して4.3日後に発芽した。 アカシアの種子は、対照的に、7.3日かかりました。 メスキートはまた、より深い根を成長させた。 ほとんどの水を得た植物のために、メスキートの根は34.8センチメートル（13.7インチ）の平均深さに成長し、わずか29に比べて。アカシアのための5センチメートル。 両方の種では、根は植物が受け取った水のそれぞれの追加の1センチメートルで長く成長した。 メスキートは、できるだけ早く深い根を成長させるために、そのエネルギーのほとんどを入れました。
深い根を非常に速く成長させることは、メスキートの生存を確実にするのに役立ちます。 ある研究では、別のタイプ、蜂蜜メスキート（P.glandulosa）を見ました。 発芽後の最初の2週間生存したこの種のほとんどの若い植物は、少なくとも2年間生存し続けた。 その研究は、2014年1月27日にPLOS ONEで発表されました。
植物に優しい細菌
別の一般的な砂漠の植物-クレオソートブッシュ—は、異なる生存戦略を採用しています。 それは深い根に全く依存しません。 それでも、植物は本当の砂漠の生存者です。 最も古いクレオソートブッシュ、キングクローンと呼ばれるカリフォルニアの植物は、11,700歳であると推定されています。 それは最初に発芽したとき、人間はちょうど農場の方法を学んでいたほど古いです。 それは古代エジプトのピラミッドよりもはるかに古いです。
Larrea tridentataとしても知られているこの植物は、SonoranとMojave（moh-HAA-vee）砂漠の広い地域で非常に一般的です。 （モハーベ川はソノラン川の北にあり、カリフォルニア州、アリゾナ州、ネバダ州、ユタ州の一部をカバーしている。）クレオソートブッシュの小さな、油性の葉は強い香りを持っています。 それらに触れると、あなたの手が粘着性のままになります。 メスキートのように、クレオソートは新しい植物に成長することができる種子を生産します。 しかし、この植物はまた、その種を維持するための第二の方法に依存しています：それは自分自身をクローン化します。
クローニングはスター-ウォーズ映画のように聞こえるかもしれませんが、多くの植物はこのように再現できます。 一般的な例はジャガイモです。 ジャガイモは断片に切断して植えることができます。 それぞれの作品に”目”と呼ばれる凹みが含まれている限り、新しいジャガイモの植物が成長するはずです。 それは親ポテトと遺伝的に同じである新しいポテトを作り出す。
新しいクレオソート植物が約90年間生きた後、それ自体のクローン化を開始します。 ジャガイモとは異なり、クレオソートの茂みは、根が幹と出会う植物の部分である冠から新しい枝を成長させます。 これらの新しい枝は、その後、自分の根を開発しています。 これらの根は、新しい枝を0.9-4.6メートル（3-15フィート）の土壌に固定します。 最終的には、植物の古い部分が死ぬ。 新しい成長は、今、独自のルーツによって固定され、上に住んでいます。
植物が成熟するにつれて、それは大きく不規則な円を形成する。 中央には、クレオソート植物の古い部分と死んだ部分が腐敗しています。 新しいクローンが成長し、周囲に根を取ります。
David Crowleyはカリフォルニア大学リバーサイド校の環境微生物学者です。 彼は顕微鏡なしで見るには小さすぎる環境の生き物を研究しています。 2012年に、彼は王のクローンがそのような浅い根であまりにも長い間住んでいたかもしれない方法を学びたかったです。
この工場は「一年を通して雨が降らないことが多い地域にある」とCrowley氏は指摘する。 “そして、まだこの植物は、最も極端な条件で11,700年のために生き残って、そこに座っている—砂質の土壌、水、利用可能な低栄養素。 それは非常に暑いです。「彼のチームは、植物の成長を促進するのに役立つ土壌細菌を偵察したかったのです。
Crowleyと彼のチームは、細菌が植物にどのように利益をもたらすかを研究しています。 彼らは、キングクローンの根の近くに多くの異なる細菌が生息し、古代のクレオソートブッシュを生き続けるのに役立つという仮説を開発しました。
調べるために、科学者たちはキングクローンの根の周りを掘った。 専門家は、この土壌に生息する細菌を同定した。 彼らは細菌のDNAを研究することによってこれをしました。 ほとんどの細菌は、植物がさまざまな方法で成長するのを助けるタイプでした。 植物の健康の一部であるCrowleyは、「その根の特に良い微生物」に痕跡を残す可能性があると結論づけています。”
いくつかの細菌は植物成長ホルモンを産生した。 ホルモンは、細胞に信号を送る化学物質であり、いつ、どのように成長し、成長し、死ぬかを伝えます。 土壌中の他の細菌は、植物を病気にする細菌と戦うことができます。 科学者たちはまた、ストレスに対する植物の反応を妨げる細菌を発見しました。
塩辛い土壌、極端な熱、または水の不足—すべてが植物にストレスを与える可能性があります。 ストレスを受けたとき、植物は自分自身に「成長を止めるべきである」というメッセージを送ることによって応答するかもしれません。 それはちょうど上に保持し、生き残るためにしようとする必要があります、”Crowleyは指摘しています。
植物はエチレン（ETH-uh-leen）ガスを生成することによって組織に警告する。 植物はこのホルモンを奇妙な方法で作ります。 最初に、植物の根はACC（1-aminocyclopropane-l-carboxylic acidの略）と呼ばれる化学物質を作ります。 根から、ACCは植物を移動し、そこでエチレンガスに変換されます。 しかし、細菌はACCを消費することによってそのプロセスを中断することができます。 それが起こるとき、植物は成長を止めるためにそれ自身のメッセージを決して得ない。
ストレスがあまりにも悪くなった場合、水が少なすぎる、または非常に高温になる場合、このノンストップの成長は植物を死滅させるでしょう。 しかし、ストレスが十分に小さい場合、植物はうまく生き残っている、Crowleyのチームは学んだ。 それはジャーナルの微生物生態学の調査結果を出版しました。
メスキートとクレオソートはいずれも多年草である。 それはこれらの低木が長年住んでいることを意味します。 多くの野生の花を含む他の砂漠の植物は、一年生植物です。 これらの植物は一年生きています。 それは彼らが死ぬ前に種子を生産する唯一のチャンスを残します。
今、それらの種子の一つ一つが暴風雨の後に発芽したかどうかを想像してみてください。 乾燥した呪文が続き、すべての小さな苗が死亡した場合、植物は再現できなかったでしょう。 確かに、それがその種のすべての植物に起こった場合、その種は絶滅するでしょう。
幸いなことに、いくつかの野生の花のために、それは何が起こるかではありません、ジェニファー*グレマーを観察します。 彼女は米国地質調査所の生態学者です。 以前、Gremerはツーソンのアリゾナ大学で働いていましたが、野生の花の種がどのように悪い選択をするのを避けるかを研究しました。”賭けをする人は同じ戦略を使うことがあります。 しかし、植物では、戦略はお金を獲得することではありません。 それはその種の生存についてです。
ベッターはベットをヘッジすることがあります。 それは試してみて、彼らのリスクを制限する方法です。 たとえば、カンザスシティ-ロイヤルズが2014年のワールドシリーズに勝つと友人$5を賭けていた場合、あなたはあなたのお金をすべて失っていたでしょう。 あなたの賭けをヘッジするために、あなたはロイヤルズがワールドシリーズを失うことになる別の友人$2を賭けている可能性があります。 そうすれば、ロイヤルズが負けたとき、あなたはlost5を失いましたが、2 2を獲得しました。 それはまだ傷ついているかもしれませんが、おそらくあなたがすべての$5を失ったかのようにひどくはありません。
ソノラ砂漠の野生の花も賭けをヘッジしている。 彼らがヘッジしている賭けは、”私が今年成長すれば、私が死ぬ前により多くの種を生産することができます。”
砂漠の野生の花が1,000個の種子を生産し、すべてが地面に落ちると想像してください。 最初の年には、種子のわずか200が発芽します。 それが賭けだ 他の800種はその生け垣です。 彼らはただ嘘をついて待つだけです。
その最初の年が非常に雨であれば、200種は花に成長するのに良いショットを持っているかもしれません。 それぞれが順番により多くの種子を生産することができます。 しかし、その年が非常に乾燥している場合、発芽した種子の多くは、ほとんどではないにしても、死ぬでしょう。 これらの種子のどれも、その後、再現するようになった。 しかし、ヘッジのおかげで、植物は二度目のチャンスを得る。 それはまだ土壌に800以上の種子を持っており、それぞれ来年、その翌年、または多分十年後に成長することができます。 雨が来るたびに。
ヘッジにはリスクがあります。 鳥や他の砂漠の動物は種を食べるのが好きです。 だから、種子が成長する前に何年も砂漠の床に座っていると、それは食べられるかもしれません。
ワイルドフラワー’ヘッジ’
グレマーと彼女のチームは、12の一般的な砂漠の一年生植物が彼らの賭けをどのようにヘッジしたかを知りたかった。 専門家は、毎年発芽した種子のシェアを集計しました。 彼らはまた、未発芽種子のどのシェアが土壌中で生き残ったかを数えた。 （例えば、いくつかの種子は動物に食べられてしまいます。)
運が良ければ、アリゾナ大学の別の生態学者、Lawrence Venableは、30年間野生の花の種子に関するデータを収集していた。 彼とGremerはこれらのデータを新しい研究に使用しました。
毎年、Venableは砂漠の土壌をサンプリングし、その中の各花種の種子を数えます。 これらはまだ発芽していない種子を表していました。 それぞれの雨の後、彼のチームは苗に発芽した数を数えました。 その後、Venableは、彼らが自分の種を設定するかどうかを確認するために、シーズンの残りのための苗を見ていました。 グレマーは、これらのデータを使用して、毎年発芽した種子の数を計算し、最終的にはより多くの種子を生産するようになった種子の数を計算しました。
彼女は、砂漠の花の種が生存に非常に優れている場合、その種の種子のほとんどが毎年発芽するだろうと疑った。 そして彼女の疑惑は正しいことが判明した。
彼女は、植物が生存のために可能な限り最良の戦略を使用していた場合、各植物の種子が毎年発芽する数を予測するために数学を使用しました。 それから彼女は彼女の推測を植物が実際にしたことと比較しました。 この方法によって、彼女は植物が結局彼らの賭けをヘッジしていたことを確認した。 いくつかの種は他の種よりも優れていました。 彼女とVenableは、2014年3月号のEcology Lettersでその調査結果を説明しました。
Filaree(Erodium texanum)は少しだけ賭けをヘッジした。 この植物は、動物が食べるのが好きな”大きな、おいしい種子”を生産する、とGremerは説明しています。 また、多くの水なしで生き残っている他の多くの砂漠の一年生植物よりも優れています。 毎年、すべてのフィラリー種子の約70％が発芽します。 結局のところ、おいしい種子が土壌に残っていれば、動物はそれらのほとんどを食べるかもしれません。 その代り、種が芽を出すとき、存続し、再生のよいチャンスがある。 それがこの植物の生け垣です。
ひまわりの非常に小さな親戚は、その賭けをヘッジする際に反対のアプローチを採用しています。 ウサギのタバコ（Evax multicaulis）と呼ばれる、動物はめったに唐辛子の穀物のように見えるその非常に小さな種子を食べません。 だから、この植物は砂漠の床の周りに横たわってその種子を残すことに賭けることができます。 実際には、毎年、その種子のわずか10-15パーセントが発芽します。 そして、一つの植物が行い、種子を生産するのに十分な長さの砂漠で生き残るとき、それはたくさんの種子を作ります。 確かに、それはfilareeが行うよりも多くを作ります。
水不足は植物の成長を困難にします。 これは、カリフォルニア州の作物農家が過去3年間の干ばつであまりにもよく見てきたものです。 米国南西部の砂漠では、干ばつは人生の恒久的な特徴ですが、そこには多くの植物がまだ繁栄しています。 彼らは、発芽成長し、再現するためのさまざまな方法を進化させてきたので、これらの植物は成功します。
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