tre år inn i den verste tørken på rekord, har bønder I California tatt tiltak for å håndtere mangel på vann. Noen bønder har boret nye brønner dypt under bakken. Andre forlater felt brakk, venter ut tørken til det er nok vann igjen for å så sine avlinger. Fortsatt andre bønder har flyttet til grønnere, våtere steder.
når naturen ikke gir nok vann, bruker bøndene hjernen, muskler og mye teknologi for å finne løsninger. Så smart som disse løsningene kan virke, få er egentlig alle som nye. Mange ørkenplanter stole på lignende strategier for å slå tørken – og har gjort det i tusenvis om ikke millioner av år.
Lærere Og Foreldre, Registrer Deg For Cheat Sheet
Ukentlige oppdateringer For å hjelpe deg med Å bruke Science News for Studenter i læringsmiljøet
i ørkenene i det sørvestlige Usa Og nord-Mexico har innfødte planter kommet opp med fantastiske triks for å overleve, og til og med trives. Utrolig, disse plantene rutinemessig takle straffende tørre forhold. Her kan planter gå et år uten å se en dråpe regn.
Hvordan de klarer har tiltrukket seg interessen til forskere. Disse forskerne avdekker alle slags strategier som brukes av ørkenplanter for å overleve og reprodusere. For eksempel, mesquite treet teller på å finne bedre forhold andre steder. I stedet for å flytte — som det ikke kan gjøre alene — er denne planten avhengig av dyr for å spise frøene og deretter spre dem med avføring. I mellomtiden samarbeider kreosotbusken med mikrober i jorda. Disse mikroberene hjelper det å overleve det svært virkelige stresset med å leve i et vedvarende varmt og tørt klima. Og mange wildflowers gamble med sine frø på en måte som kan hjelpe dem overleve — og outfox — selv den verste tørken.
Grave dypt for vann
Sonoran-Ørkenen ligger I Arizona, Calif. og nord-Mexico. Dagtid sommertemperaturer ofte topp 40° Celsius (104° Fahrenheit). Ørkenen kjøler seg ned om vinteren. Temperaturen om natten kan nå falle under frysepunktet. Ørkenen er tørr mesteparten av året, med regntider i sommer og vinter. Men selv når regnet kommer, får ørkenen ikke mye vann. Så en måte disse plantene har tilpasset seg er å vokse veldig dype røtter. Disse røttene tapper inn i kilder til grunnvann langt under jordens overflate.
Velvet mesquite (Prosopis velutina) er en vanlig busk i Sonora-ørkenen. Dens røtter kan stupe ned mer enn 50 meter (164 fot). Det er høyere enn en 11-etasjers bygning. Dette kan bidra til å slukke tørsten til en fullvokst mesquite, en busk relatert til bønner. Men frøplanter må finne en annen løsning når de begynner å spire.
før et frø kan slå rot, må det lande på et godt sted å vokse. Siden frø ikke kan gå, er de avhengige av andre metoder for å spre seg ut. En måte er å ri vindene. Mesquite tar en annen tilnærming.
hver av disse plantene produserer hundrevis-til og med tusenvis-av seedpods. Bøssene ser mye ut som grønne bønner, men smaker sukkerholdig søt. De er også veldig næringsrike. Dyr (inkludert mennesker) kan spise tørket mesquite pods. Men frøene selv, som vokser inne i de søte pods, er rockhard. Når dyr spiser pods, gjør frøets harde belegg at mange av dem kan unnslippe å bli knust ved å tygge. De harde frøene reiser hele veien gjennom tarmen. Til slutt kommer de ut på den andre siden, i poop. Siden dyr ofte er på farten, kan de kaste frøene over hele ørkenen.
Å bli spist hjelper mesquite på en annen måte også. Det harde belegget på frøene gjør det også vanskelig for vann å komme inn i dem. Og det er nødvendig for et frø å spire. Men når noen dyr spiser en pod, fordøyelsesenzymer juice i sin gut nå bryte ned frø ‘ pels. Når disse frøene endelig bli utskilt i dyrets avføring vil de endelig være klar til å vokse.
selvfølgelig, for å vokse godt, trenger hvert mesquite frø fortsatt å lande på et godt sted. Mesquite vokser vanligvis best nær bekker eller arroyos. Arroyos er tørre bekker som fyller med vann for en kort stund etter regnet. Hvis et dyr går til strømmen for å ta en drink og deretter gjør sin virksomhet i nærheten, er mesquite-frøet heldig. Dyrets avføring gir også hvert frø med en liten pakke med gjødsel for når det begynner å vokse.
Ta rot
etter at et dyr sprer mesquite frø over ørkenen, sprer frøene ikke med en gang. I stedet ligger de i vente på regn-noen ganger i flere tiår. Når nok regn faller, vil frøene spire. Nå står de overfor et løp mot klokken. Disse frøene må raskt sende ned dype røtter før vannet tørker opp.
Steven R. Archer studerer hvordan dette fungerer. Han er økolog Ved University Of Arizona I Tucson. Det er i hjertet Av Sonoran-Ørkenen. «Jeg studerer økologiske systemer, noe som betyr at plantene og dyrene og jordsmonnet og klimaet og hvordan de alle samhandler med hverandre,» forklarer han.
Sonoran-Ørkenen får ikke lange, vedvarende drenching regner, bemerker han. Mest regn faller i korte små utbrudd. Hver kan levere akkurat nok vann til våt toppen tomme (2,5 centimeter) av jord. «Men i visse tider av året, «archer notater,» vi får ganske mange av disse pulser av vann.»En puls er en kort utbrudd av regn. Det kan vare alt fra noen få minutter til en time.
Archer og hans team ønsket å se hvordan to plantearter reagerer på disse pulser. Ekspertene jobbet med fløyel mesquite og en relatert busk, kattens klo acacia (Acacia greggii). I tester doused forskerne frø med varierende mengder vann. De leverte det i varierende antall pulser. Senere målte de hvor fort frøene spiret og vokste røtter.
en storm som faller 2 centimeter (0.8 tommer) av regn gir mer enn nok vann til fro av en mesquite eller acacia busk a spire. Så mye regn kan holde toppen 2,5 centimeter jord våt i 20 dager.Denne perioden er avgjørende. Hver frøplante «må få en rot dyp nok de første ukene etter at den spirer for å overleve den lange tørrperioden som uunngåelig kommer,» forklarer Archer. I Sonoran-Ørkenen dør faktisk en fjerdedel av alle stauder-planter som lever i mange år — i de første 20 dagene etter at de spiser.
inne i et drivhus plantet forskerne frø av fløyel mesquite og kattekloacacia. De fuktet dem med mellom 5, 5 og 10 centimeter (2, 2 og 3, 9 tommer) vann over 16 eller 17 dager. På slutten av forsøket målte forskerne plantens vekst.
Mesquite frø spirer raskt. De spiret etter 4,3 dager, i gjennomsnitt. Acacia frø, derimot, tok 7,3 dager. Mesquite vokste også dypere røtter. For plantene som fikk mest vann, vokste mesquite-røttene til en gjennomsnittlig dybde på 34, 8 centimeter (13, 7 tommer), sammenlignet med bare 29.5 centimeter for akacia. I begge arter vokste røttene lengre med hver ekstra 1 centimeter vann plantene mottok. Acacia vokste mer over bakken; mesquite satte mesteparten av sin energi i å vokse en dyp rot så fort som mulig.
Vokser en dyp rot veldig fort bidrar til å sikre en mesquite overlevelse. En studie så på en annen type, honey mesquite (P. glandulosa). De fleste unge planter av denne arten som overlevde de to første ukene etter spiring fortsatte å overleve i minst to år. Studien ble publisert 27. januar 2014 I PLOS ONE.
plantevennlige bakterier
En annen vanlig ørkenplante — kreosotbusken — har vedtatt en annen overlevelsesstrategi. Det er ikke avhengig av dype røtter i det hele tatt. Likevel er anlegget en ekte ørkenoverlevende. Den eldste kreosotbusken, en plante i California kalt King Clone, anslås å være 11.700 år gammel. Det er så gammelt at når det først spiret, var mennesker bare bare å lære å bo. Det er mye eldre enn pyramidene i Det gamle Egypt.
også Kjent Som Larrea tridentata, er denne planten ekstremt vanlig i store områder Av Sonoran og Mojave (moh-HAA-vee) ørkener. Mojave ligger nord for Sonoran, og dekker deler Av California, Arizona, Nevada og Utah.) Kreosotbuskens små, oljeaktige blader har en sterk lukt. Berøring av dem vil la hendene dine være klissete. Som mesquite produserer kreosot frø som kan vokse til nye planter. Men denne planten er også avhengig av en annen måte å holde arten i gang: den kloner seg selv.
Kloning kan høres ut som Noe Fra En Star Wars-film, men mange planter kan gjengi denne måten. Et vanlig eksempel er potet. En potet kan kuttes i stykker og plantes. Så lenge hvert stykke inneholder en pute kalt et «øye», bør en ny potetplante vokse. Det vil produsere nye poteter som er genetisk det samme som foreldrepotet.
etter at en ny kreosotplante lever i ca 90 år, begynner den å klone seg selv. I motsetning til en potet vokser kreosotbusker nye grener fra kronene — den delen av planten der deres røtter møter stammen. Disse nye grenene utvikler deretter sine egne røtter. Disse røttene forankrer de nye grenene 0,9 til 4,6 meter (3 til 15 fot) i jorda. Til slutt dør eldre deler av anlegget. Den nye veksten, nå forankret av sine egne røtter, lever videre.
når planten modnes, danner den en stor, uregelmessig sirkel. I sentrum roter gamle og døde deler av kreosotplanten. Nye kloner vokse og slå rot rundt omkretsen.
David Crowley er en miljømikrobiolog ved University Of California, Riverside. Han studerer levende ting i miljøet som er for små til å se uten et mikroskop. I 2012 ønsket han å lære Hvordan King Clone kunne ha levd så lenge med slike grunne røtter.
denne planten «ligger i et område hvor det ofte ikke er regn i et helt år,» påpeker Crowley. «Og likevel sitter denne planten der ute og overlever i 11.700 år under de mest ekstreme forholdene-sandjord, ikke vann, lave næringsstoffer tilgjengelig. Det er veldig varmt.»Hans team ønsket å speide etter jordbakterier som kan bidra til å fremme plantevekst.
Crowley og hans team studerer hvordan bakterier fordeler planter. De utviklet en hypotese om at mange forskjellige bakterier bor i Nærheten Av King Clones røtter, og at de bidrar til å holde den gamle kreosotbusken i live.
for å finne ut, gravde forskerne Rundt King Clones røtter. Ekspertene identifiserte da bakterier som bor i denne jorda. De gjorde dette ved å studere bakterienes DNA. De fleste bakterier var typer som hjelper planter å vokse på forskjellige måter. En del av plantens helse, Crowley konkluderer nå, kan spore til de » spesielt gode mikroorganismer på sine røtter.»
noen av bakteriene produserte planteveksthormoner. Et hormon er et kjemikalie som signalerer celler, forteller dem når og hvordan de skal utvikle, vokse og dø. Andre bakterier i jorda kan bekjempe bakteriene som gjør planter syke. Forskerne fant også bakterier som forstyrrer plantens respons på stress.
Salt jord, ekstrem varme eller mangel på vann-alt kan stresse en plante. Når stresset, kan en plante svare ved å sende seg en melding om at » det skal slutte å vokse. Det bør bare holde på og prøve å overleve,» Crowley notater.
Planter varsle sine vev ved å produsere etylen (ETH-uh-leen) gass. Planter gjør dette hormonet på en merkelig måte. Først, en plante røtter lage en kjemisk kalt ACC (kort for 1-aminocyclopropane-l-karboksylsyre). FRA røttene reiser ACC opp en plante, hvor DEN vil bli omdannet til etylengass. Men bakterier kan avbryte denne prosessen ved å konsumere ACC. Når det skjer, får planten aldri sin egen melding for å slutte å vokse.
hvis stresset ble for dårlig — for lite vann, eller veldig, veldig høye temperaturer – ville denne nonstop veksten føre til at planten dør. Men hvis stresset er lite nok, overlever planten helt fint, Lærte Crowleys lag. Den publiserte sine funn i tidsskriftet Microbial Ecology.
Gambling blomster
Mesquite og kreosot er begge stauder. Det betyr at disse buskene lever i mange år. Andre ørkenplanter, inkludert mange wildflowers, er årlige. Disse plantene lever et enkelt år. Det gir dem bare en sjanse til å produsere frø før de dør.
forestill Deg Nå om hver eneste av disse frøene spirer etter en regnstorm. Hvis en tørr stave fulgte og alle de små plantene døde, ville planten ikke ha reprodusert. Faktisk, hvis det skjedde med hver plante av sitt slag, ville arten bli utryddet.
Heldigvis for noen wildflowers, det er Ikke hva som skjer, observerer Jennifer Gremer. Hun er økolog ved U. S. Geological Survey. Tidligere, Mens Gremer jobbet Ved University Of Arizona I Tucson, hun studerte hvordan wildflower frø unngå å gjøre dårlige » valg.»Noen ganger bruker folk som plasserer spill samme strategi. Med planter handler strategien ikke om å vinne penger. Det handler om overlevelse av sine arter.
Bettors noen ganger sikre en innsats. Det er en måte å prøve å begrense risikoen på. For eksempel, hvis du hadde satset en venn $5 at Kansas City Royals ville vinne 2014 World Series, ville du ha mistet alle pengene dine. For å sikre innsatsen din, kunne du ha satset en annen venn $2 at Royals ville miste World Series. På den måten, da De Kongelige tapte, mistet du $5, men vant $2. Det kan fortsatt ha vondt, men sannsynligvis ikke så ille som om du hadde mistet alle $5.
wildflowers Av Sonoran Ørkenen hedge sine spill også. Innsatsen de sikrer er: «hvis jeg vokser i år, kan jeg produsere flere frø før jeg dør.»
Tenk deg at en ørken wildflower produserer 1000 frø som alle faller til bakken. Det første året spiser bare 200 av frøene. Det er veddemålet. De andre 800 frøene er hekken. De bare lyver og venter.
hvis det første året er veldig regnfullt, kan de 200 frøene ha et godt skudd på å vokse inn i blomster. Hver i sin tur kan produsere flere frø. Hvis året er veldig tørt, vil mange, om ikke de fleste, av frøene som spire, dø. Ingen av disse frøene fikk da å reprodusere. Men takket være hekken får anlegget en ny sjanse. Det har fortsatt 800 flere frø i jorda, hver i stand til å vokse neste år, året etter det eller kanskje et tiår senere. Hver gang regnet kommer.
Sikring har sin risiko. Fugler og andre ørkendyr liker å spise frø. Så hvis et frø sitter på ørkengulvet i mange år før det vokser, kan det bli spist.
wildflower ‘hedge’
Gremer og hennes team ønsket å vite hvordan 12 felles ørken ettårige sikret sine spill. Ekspertene talte hvilken andel av frøene som ble spist hvert år. De regnet også hvilken andel av ungerminerte frø som overlevde i jorda. (For eksempel ender noen frø opp med å bli spist av dyr.)
som flaks ville ha det, Hadde En annen økolog ved University Of Arizona, Lawrence Venable, samlet inn data om wildflower frø i 30 år. Han og Gremer brukte disse dataene til en ny studie.
Hvert år ville Venable prøve ørkenjord og deretter telle frøene til hver blomstart i den. Disse representerte frø som ennå ikke hadde spist. Etter hvert regn regnet hans lag hvor mange spiret inn i frøplanter. Venable ville da se plantene for resten av sesongen for å se om de satte frø av seg selv. Gremer brukte disse dataene til å beregne hvor mange frø som spirer hvert år, og til slutt hvor mange av dem som til slutt fortsatte å produsere flere frø.
hun mistenkte at hvis en art av ørkenblomst er veldig god til å overleve, ville de fleste frøene spire hvert år. Hennes mistanker viste seg å være riktige.
Hun brukte matte til å forutse hvor mange frø av hver plante som ville spire hvert år hvis planten brukte best mulig strategi for overlevelse. Så sammenlignet hun gjetningene sine med hva plantene egentlig gjorde. Ved denne metoden bekreftet hun at plantene hadde sikret sine spill tross alt. Noen arter gjorde det bedre enn andre. Hun og Venable beskrev sine funn I mars 2014-utgaven Av Ecology Letters.
Filaree (Erodium texanum) sikret sine spill bare litt. Denne planten produserer «store, yummy frø» som dyr liker å spise, Forklarer Gremer. Det er også bedre enn mange andre ørken ettårige på overlevende uten mye vann. Hvert år spiser ca 70 prosent av alle filaree frø. Tross alt, hvis de smakfulle frøene forblir i jorden, kan dyrene spise de fleste av dem. I stedet, når frøene spire, har de en god sjanse til å overleve og reprodusere. Det er denne plantens hekk.
en svært liten slektning av solsikke vedtar motsatt tilnærming i sikring sine spill. Kalt kanintobak (Evax multicaulis), dyr spiser sjelden sine svært små frø, som ser ut som pepperkorn. Så denne planten kan gamble på å forlate frøene som ligger rundt ørkengulvet. Faktisk spiser bare 10 til 15 prosent av frøene hvert år. Og når en plante gjør-og overlever i ørkenen lenge nok til å produsere frø-det gjør masse og masse frø. Faktisk gjør det mange flere enn en filaree gjør.
mangel på vann gjør det vanskelig for planter å vokse. Det er noe avlinger bønder I California har sett bare for godt de siste tre årene av tørke. I ørkenene I Det Sørvestlige Usa er tørke et permanent trekk ved livet-men der trives mange planter fortsatt. Disse plantene lykkes fordi de har utviklet forskjellige måter å spire, vokse og reprodusere.
Word Finn (klikk her for å forstørre for utskrift)
