drie jaar na de ergste droogte ooit, hebben boeren in Californië actie ondernomen om het gebrek aan water aan te pakken. Sommige boeren hebben diep onder de grond nieuwe putten geboord. Anderen laten de velden braak liggen, wachten op de droogte tot er weer genoeg water is om hun gewassen te zaaien. Nog andere boeren zijn verhuisd naar groenere, nattere locaties.
wanneer de natuur niet genoeg water levert, gebruiken boeren hun hersenen, spierkracht en veel technologie om oplossingen te vinden. Hoe slim die oplossingen ook lijken, weinigen zijn echt zo nieuw. Veel woestijnplanten vertrouwen op vergelijkbare strategieën om de droogte te verslaan — en dat hebben ze al duizenden, zo niet miljoenen jaren gedaan.
opvoeders en ouders, Meld u aan voor het spiekbriefje
wekelijkse updates om u te helpen wetenschapsnieuws te gebruiken voor studenten in de leeromgeving
in de woestijnen van het zuidwesten van de Verenigde Staten en het noorden van Mexico hebben inheemse planten verbazingwekkende trucs bedacht om te overleven en zelfs te gedijen. Ongelooflijk, deze planten routinematig omgaan met punishingly droge omstandigheden. Hier kunnen planten een jaar zonder een druppel regen.
hoe ze omgaan heeft de interesse van wetenschappers gewekt. Deze onderzoekers ontdekken allerlei strategieën die woestijnplanten gebruiken om te overleven en zich voort te planten. Bijvoorbeeld, de mesquite boom rekent op het vinden van betere omstandigheden elders. In plaats van te bewegen — wat het niet alleen kan doen — vertrouwt deze plant op dieren om zijn zaden te eten en ze vervolgens te verstrooien met hun uitwerpselen. Ondertussen werkt de creosootstruik samen met microben in de bodem. Die microben helpen het overleven van de echte stress van het leven in een aanhoudend warm en droog klimaat. En veel wilde bloemen gokken met hun zaden op een manier die hen kan helpen overleven — en outfox — zelfs de ergste droogte.
diep graven naar water
de Sonorawoestijn ligt in Arizona, Californië. en Noord-Mexico. Overdag zomertemperaturen vaak boven 40° Celsius (104° Fahrenheit). De woestijn koelt af in de winter. De temperaturen ‘ s nachts kunnen nu onder het vriespunt dalen. De woestijn is het grootste deel van het jaar droog, met regenseizoenen in de zomer en de winter. Maar zelfs als de regen komt, krijgt de woestijn niet veel water. Dus een manier waarop deze planten zich hebben aangepast is om zeer diepe wortels te kweken. Die wortels putten uit bronnen van grondwater ver onder het bodemoppervlak.Fluwelen mesquite (Prosopis velutina) is een veel voorkomende struik in de Sonorawoestijn. De wortels kunnen dalen meer dan 50 meter (164 voet). Dat is groter dan een gebouw van 11 verdiepingen. Dit kan helpen de dorst te lessen van een volgroeide mesquite, een struik gerelateerd aan bonen. Maar zaailingen moeten een andere oplossing vinden als ze beginnen te ontkiemen.
voordat een zaadje wortel kan schieten, moet het op een goede plek landen om te groeien. Omdat zaden niet kunnen lopen, vertrouwen ze op andere methoden om zich te verspreiden. Een manier is om op de wind te rijden. Mesquite kiest een andere aanpak.
elk van deze planten produceert honderden — zelfs duizenden — zaadpoden. De peulen lijken veel op sperziebonen, maar smaken suikerig zoet. Ze zijn ook erg voedzaam. Dieren (inclusief mensen) kunnen gedroogde mesquite peulen eten. Echter, de zaden zelf, die groeien in de zoete peulen, zijn keiharde. Wanneer dieren de peulen eten, laat de harde coating van de zaden velen van hen ontsnappen te worden verpletterd door te kauwen. De harde zaden reizen helemaal door de darmen. Uiteindelijk komen ze er aan de andere kant uit, in poep. Omdat dieren vaak in beweging zijn, kunnen ze de zaden over de hele woestijn werpen.
opgegeten worden helpt de mesquite ook op een tweede manier. De harde coating op de zaden maakt het ook moeilijk voor water om erin te komen. En dat is nodig voor een zaadje om te ontkiemen. Maar als een dier een peul eet, breken de spijsverteringssappen in zijn darmen nu de vacht van de zaden af. Wanneer die zaden eindelijk worden uitgescheiden in de uitwerpselen van het dier zullen ze eindelijk klaar zijn om te groeien.
natuurlijk moet elk mesquite zaad op een goede plek landen om goed te groeien. Mesquite groeit meestal het beste in de buurt van beekjes of arroyos. Arroyos zijn droge kreken die zich na de regen even met water vullen. Als een dier naar de Beek gaat om wat te drinken en dan zijn zaken in de buurt doet, heeft het mesquite zaad geluk. De uitwerpselen van het dier voorzien elk zaadje ook van een klein pakketje kunstmest voor wanneer het begint te groeien.
wortelen
nadat een dier mesquite zaden door de woestijn verstrooit, ontkiemen de zaden niet meteen. In plaats daarvan liggen ze op de loer voor regen — soms tientallen jaren. Zodra er genoeg regen valt, zullen de zaden ontkiemen. Nu staan ze voor een race tegen de klok. Die zaden moeten snel diepe wortels naar beneden sturen voordat het water opdroogt.
Steven R. Archer bestudeert hoe dit werkt. Hij is ecoloog aan de Universiteit van Arizona in Tucson. Het ligt in het hart van de Sonorawoestijn. “Ik bestudeer ecologische systemen, dat wil zeggen de planten en dieren en de bodem en het klimaat en hoe ze allemaal met elkaar omgaan”, legt hij uit.
de Sonorawoestijn krijgt geen lange, aanhoudende regenval, merkt hij op. De meeste regen valt in korte kleine uitbarstingen. Elk kan net genoeg water leveren om de bovenste inch (2,5 centimeter) grond nat te maken. “Maar tijdens bepaalde tijden van het jaar, “merkt Archer op,” krijgen we nogal wat van die pulsen van water.”Een puls is een korte uitbarsting van regen. Het kan een paar minuten tot een uur duren.Archer en zijn team wilden zien hoe twee plantensoorten op deze peulvruchten reageren. De experts werkten samen met velvet mesquite en een verwante struik, cat ‘ s claw acacia (Acacia greggii). In tests overgoten de wetenschappers zaden met verschillende hoeveelheden water. Ze leverden het in wisselende aantallen pulsen. Later maten ze hoe snel de zaden ontsproten en wortels groeiden.
een storm Die 2 centimeter valt (0.8 inch) regen levert meer dan genoeg water voor zaden van een mesquite of acacia struik om te ontkiemen. Zoveel regen kan de bovenste 2,5 centimeter grond 20 dagen nat houden.Die periode is cruciaal. Elke zaailing ” moet een wortel diep genoeg krijgen de eerste paar weken nadat het ontkiemt om de lange droge periode te overleven die onvermijdelijk zal komen,” legt Archer uit. In de Sonorawoestijn sterft een kwart van alle vaste planten-planten die vele jaren leven — in de eerste 20 dagen nadat ze ontkiemen.
in een kas plantten de wetenschappers zaden van fluwelen mesquite en Cat ‘ s claw acacia. Ze weken ze vervolgens in 16 of 17 dagen met tussen de 5,5 en 10 centimeter water. Aan het einde van het experiment hebben de wetenschappers de groei van de planten gemeten.
Mesquite zaden ontkiemden snel. Ze ontsproten na gemiddeld 4,3 dagen. Acacia zaden, daarentegen, duurde 7,3 dagen. De mesquite groeide ook diepere wortels. Voor de planten die het meeste water kregen, groeiden de mesquite wortels tot een gemiddelde diepte van 34,8 centimeter, vergeleken met slechts 29.5 centimeter voor de acacia. Bij beide soorten werden de wortels langer met elke extra 1 centimeter water dat de planten kregen. De acacia groeide meer boven de grond; de mesquite stopte het grootste deel van zijn energie in het groeien van een diepe wortel zo snel mogelijk.
een diepe wortel zeer snel kweken helpt de overleving van een mesquite te verzekeren. Een studie onderzocht een ander type, honing mesquite (P. glandulosa). De meeste jonge planten van deze soort die de eerste twee weken na ontkieming overleefden, overleefden het minstens twee jaar. Die studie werd gepubliceerd op 27 januari 2014 in PLOS ONE.
Plantvriendelijke bacteriën
een andere veel voorkomende woestijnplant — de creosootstruik-heeft een andere overlevingsstrategie gevolgd. Het is helemaal niet afhankelijk van diepe wortels. Toch is de plant een echte woestijnoverlever. De oudste creosootstruik, een plant in Californië genaamd de King Clone, wordt geschat op 11.700 jaar oud. Het is zo oud dat toen het voor het eerst ontkiemde, mensen nog maar net leerden hoe ze moesten boeren. Het is veel ouder dan de piramiden van het oude Egypte.
ook bekend als Larrea tridentata, is deze plant zeer algemeen in grote delen van de sonoraanse en Mojavewoestijnen (moh-HAA-vee). De Mojave ligt ten noorden van de Sonoran en beslaat delen van Californië, Arizona, Nevada en Utah. De kleine, vette blaadjes van de creosootstruik hebben een sterke geur. Als je ze aanraakt, blijven je handen plakkerig. Net als mesquite produceert creosoot zaden die kunnen uitgroeien tot nieuwe planten. Maar deze plant vertrouwt ook op een tweede manier om zijn soort draaiende te houden: ze klonen zichzelf.
klonen klinkt misschien als iets uit een Star Wars-film, maar veel planten kunnen zich op deze manier reproduceren. Een algemeen voorbeeld is de aardappel. Een aardappel kan in stukken gesneden en geplant worden. Zolang elk stuk een deuk bevat die een “oog” wordt genoemd, moet een nieuwe aardappelplant groeien. Het zal nieuwe aardappelen produceren die genetisch hetzelfde zijn als de ouderaardappel.
nadat een nieuwe creosootplant ongeveer 90 jaar leeft, begint hij zichzelf te klonen. In tegenstelling tot een aardappel, creosoot struiken groeien nieuwe takken uit hun kronen — het deel van de plant waar hun wortels voldoen aan de stam. Deze nieuwe takken ontwikkelen dan hun eigen wortels. Deze wortels verankeren de nieuwe takken 0,9 tot 4,6 meter (3 tot 15 voet) in de grond. Uiteindelijk sterven oudere delen van de plant af. De nieuwe groei, nu verankerd door zijn eigen wortels, leeft voort.
naarmate de plant rijpt, vormt hij een grote, onregelmatige cirkel. In het midden Rotten oude en dode delen van de creosootplant. Nieuwe klonen groeien en wortelen rond de omtrek.David Crowley is een microbioloog aan de Universiteit van Californië, Riverside. Hij bestudeert levende dingen in de omgeving die te klein zijn om te zien zonder microscoop. In 2012 wilde hij leren hoe de King Clone zo lang had kunnen leven met zulke ondiepe wortels.
deze plant “bevindt zich in een gebied waar een heel jaar lang vaak geen regen valt”, wijst Crowley erop. “En toch is deze plant daar buiten, overleven voor 11.700 jaar in de meest extreme omstandigheden-zandgrond, geen water, weinig voedingsstoffen beschikbaar. Het is erg warm.”Zijn team wilde bodembacteriën opsporen die de groei van planten zouden kunnen bevorderen.Crowley en zijn team onderzoeken hoe bacteriën planten ten goede komen. Ze ontwikkelden een hypothese dat veel verschillende bacteriën in de buurt van King Clone ‘ s wortels leven en dat ze helpen om de oude creosootstruik in leven te houden.
om erachter te komen, groeven de wetenschappers rond de wortels van King Clone. De experts identificeerden vervolgens bacteriën die in deze bodem leven. Ze deden dit door het DNA van de bacteriën te bestuderen. De meeste bacteriën waren soorten die planten helpen groeien op verschillende manieren. Een deel van de gezondheid van de plant, Crowley nu concludeert, kan sporen tot die “bijzonder goede micro-organismen op de wortels.”
sommige bacteriën produceerden groeihormonen voor planten. Een hormoon is een chemische stof die cellen signaleert en hen vertelt wanneer en hoe ze zich moeten ontwikkelen, groeien en sterven. Andere bacteriën in de bodem kunnen de kiemen bestrijden die planten ziek maken. De wetenschappers vonden ook bacteriën die interfereren met de reactie van een plant op stress.
zoute grond, extreme hitte of een gebrek aan water — dit alles kan een plant belasten. Bij stress kan een plant reageren door zichzelf een boodschap te sturen dat ” ze moet stoppen met groeien. Het moet gewoon vasthouden en proberen te overleven,” Crowley merkt op.
planten alarmeren hun weefsels door ethyleen (ETH-uh-leen) gas te produceren. Planten maken dit hormoon op een vreemde manier. Ten eerste maken de wortels van een plant een chemische stof genaamd ACC (kort voor 1-aminocyclopropaan-l-carbonzuur). Vanuit de wortels reist ACC een plant op, waar het wordt omgezet in ethyleengas. Maar bacteriën kunnen dat proces onderbreken door de ACC te consumeren. Als dat gebeurt, krijgt de plant nooit zijn eigen boodschap om te stoppen met groeien.
als de stress te erg wordt — te weinig water, of zeer, zeer hoge temperaturen-zou deze non-stop groei de plant doen sterven. Echter, als de stress klein genoeg is, dan overleeft de plant Prima, heeft Crowley ‘ s team geleerd. Het publiceerde zijn bevindingen in het tijdschrift Microbial Ecology.
Gokbloemen
Mesquite en creosoot zijn beide vaste planten. Dat betekent dat deze struiken vele jaren leven. Andere woestijnplanten, waaronder veel wilde bloemen, zijn eenjarige planten. Deze planten leven één jaar. Dan hebben ze nog maar één kans om zaden te produceren voor ze sterven.
stel je nu voor dat elk van deze zaden ontkiemde na een regenbui. Als er een droge periode volgde en alle zaailingen stierven, zou de plant zich niet hebben voortgeplant. Inderdaad, als dat zou gebeuren met elke plant in zijn soort, zou zijn soort uitsterven.
gelukkig voor sommige wilde bloemen, dat is niet wat er gebeurt, constateert Jennifer Gremer. Ze is ecoloog bij de U. S. Geological Survey. Eerder, terwijl Gremer werkte aan de Universiteit van Arizona in Tucson, bestudeerde ze hoe wildflower seeds voorkomen dat ze slechte keuzes maken.”Soms gebruiken mensen die weddenschappen plaatsen dezelfde strategie. Bij planten draait de strategie echter niet om het winnen van geld. Het gaat over het overleven van zijn soort.
gokkers hedgen soms een weddenschap. Dat is een manier om hun risico te beperken. Bijvoorbeeld, als je een vriend had gewed $5 dat de Kansas City Royals de 2014 World Series zou winnen, zou je al je geld hebben verloren. Om je inzet af te dekken, had je een andere vriend $2 kunnen inzetten dat de Royals de World Series zouden verliezen. Op die manier, toen de Royals verloren, verloor je $5 maar won $2. Dat kan nog steeds pijn hebben gedaan, maar waarschijnlijk niet zo erg alsof je alle $5 had verloren.
de wilde bloemen van de Sonorawoestijn dekken ook hun inzet af. De weddenschap die ze afdekken is: “als ik dit jaar kweek, kan ik meer zaden produceren voordat ik sterf.”
stel je voor dat een wilde woestijnbloem 1.000 zaden produceert die allemaal op de grond vallen. Het eerste jaar ontkiemen slechts 200 zaden. Dat is de weddenschap. De andere 800 zaden zijn zijn heg. Ze liegen en wachten.
als dat eerste jaar erg regenachtig is, hebben de 200 zaden een goede kans om tot bloemen te groeien. Elk op zijn beurt kan meer zaden produceren. Als het jaar erg droog is, zullen veel, zo niet de meeste, van de kiemen sterven. Geen van deze zaden, dan, moet zich voortplanten. Maar dankzij de heg krijgt de plant een tweede kans. Het heeft nog steeds 800 zaden in de bodem, elk in staat om volgend jaar te groeien, het jaar daarna of misschien een decennium later. Als het regent.
Hedging heeft zijn risico ‘ s. Vogels en andere woestijndieren eten graag zaden. Dus als een zaadje vele jaren op de woestijnvloer zit voordat het groeit, kan het opgegeten worden.De wildflower ‘hedge’
Gremer en haar team wilden weten hoe 12 gewone eenjarigen hun weddenschappen afdekten. De deskundigen telden welk aandeel van de zaden ontkiemde elk jaar. Ze telden ook welk aandeel van niet-germineerde zaden in de grond overleefde. (Bijvoorbeeld, sommige zaden worden uiteindelijk opgegeten door dieren.)
toevallig verzamelde een andere ecoloog aan de Universiteit van Arizona, Lawrence Venable, al 30 jaar gegevens over wilde bloemen. Hij en Gremer gebruikten deze gegevens voor een nieuw onderzoek.
elk jaar zou Venable woestijngrond bemonsteren en vervolgens de zaden van elke bloemsoort erin tellen. Dit waren zaden die nog niet waren ontkiemd. Na elke regen telde zijn team hoeveel er in zaailingen ontsproten. Venable zou dan kijken naar de zaailingen voor de rest van het seizoen om te zien of ze zaden van hun eigen. Gremer gebruikte deze gegevens om te berekenen hoeveel zaden elk jaar ontkiemd zijn en, ten slotte, hoeveel daarvan uiteindelijk meer zaden gingen produceren.
ze vermoedde dat als een soort woestijnbloem zeer goed in overleven is, de meeste zaden elk jaar zouden ontkiemen. En haar vermoedens bleken juist.
ze gebruikte wiskunde om te voorspellen hoeveel zaden van elke plant elk jaar zouden ontkiemen als de plant de best mogelijke overlevingsstrategie zou gebruiken. Toen vergeleek ze haar gissingen met wat de planten echt deden. Met deze methode bevestigde ze dat de planten hun weddenschappen hadden afgedekt. Sommige soorten deden het beter dan andere. Zij en Venable beschreven hun bevindingen in het maart 2014 nummer van Ecology Letters.
Filaree (Erodium texanum) hedge haar inzetten slechts een beetje. Deze plant produceert “grote, lekkere zaden” die dieren graag eten, legt Gremer uit. Het is ook beter dan veel andere woestijn eenjarigen in overleven zonder veel water. Elk jaar ontkiemt ongeveer 70 procent van alle filaree zaden. Immers, als de smakelijke zaden in de grond bleven, zouden dieren de meeste ervan kunnen eten. In plaats daarvan, wanneer de zaden ontkiemen, hebben ze een goede kans om te overleven en zich voort te planten. Dat is de heg van deze plant.
een zeer klein familielid van de zonnebloem kiest voor de tegenovergestelde aanpak bij het hedgen van zijn weddenschappen. De zogenaamde konijnentabak (Evax multicaulis), eten dieren zelden zijn zeer kleine zaden, die eruit zien als peperkorrels. Dus deze plant kan gokken op het verlaten van zijn zaden rond de woestijnbodem. Elk jaar ontkiemt slechts 10 tot 15 procent van de zaden. En als je dat doet — en lang genoeg overleeft in de woestijn om zaden te produceren — dan maakt het heel veel zaden. Inderdaad, het maakt veel meer dan een filaree doet.
een gebrek aan water maakt het moeilijk voor planten om te groeien. Dat is iets wat boeren in Californië maar al te goed hebben gezien in de afgelopen drie jaar van droogte. In de woestijnen van het zuidwesten van de Verenigde Staten is droogte een permanent kenmerk van het leven — toch gedijen er nog steeds veel planten. Deze planten slagen omdat ze verschillende manieren hebben ontwikkeld om te ontkiemen, te groeien en te reproduceren.
woord zoeken (Klik hier om te vergroten om af te drukken))
