trei ani în cea mai gravă secetă înregistrată, fermierii din California au luat măsuri pentru a face față lipsei de apă. Unii fermieri au forat puțuri noi adânc sub pământ. Alții lasă câmpurile necultivate, așteptând seceta până când va fi din nou suficientă apă pentru a le semăna culturile. Încă alți fermieri s-au mutat în locații mai ecologice și mai umede.
când natura nu oferă suficientă apă, fermierii își folosesc creierul, forța și o mulțime de tehnologii pentru a găsi soluții. Oricât de inteligente ar părea aceste soluții, puține sunt cu adevărat atât de noi. Multe plante din deșert se bazează pe strategii similare pentru a învinge seceta — și au făcut acest lucru de mii, dacă nu milioane de ani.
educatori și părinți, Înscrieți-vă pentru foaia de înșelăciune
actualizări săptămânale pentru a vă ajuta să utilizați știrile științifice pentru studenții din mediul de învățare
în deșerturile din sud-vestul Statelor Unite și nordul Mexicului, plantele native au venit cu trucuri uimitoare pentru a supraviețui și chiar a prospera. Incredibil, aceste plante se confruntă în mod obișnuit cu condiții pedepsitor de uscate. Aici, plantele pot merge un an fără a vedea o picătură de ploaie.
modul în care se descurcă a atras interesul oamenilor de știință. Acești cercetători descoperă tot felul de strategii folosite de plantele deșertului pentru a supraviețui și a se reproduce. De exemplu, arborele mesquite se bazează pe găsirea unor condiții mai bune în altă parte. În loc să se miște — ceea ce nu poate face singură — această plantă se bazează pe animale pentru a-și mânca semințele și apoi a le împrăștia cu fecalele. Între timp, tufa de creozot se asociază cu microbii din sol. Acești microbi îl ajută să supraviețuiască stresului real de a trăi într-un climat persistent cald și uscat. Și multe flori sălbatice joacă cu semințele lor într — un mod care le poate ajuta să supraviețuiască — și să depășească-chiar și cea mai gravă secetă.
săpat adânc pentru apă
Deșertul Sonoran este situat în Arizona, California. și nordul Mexicului. Temperaturile diurne de vară de multe ori de top 40 de grade Celsius (104 Fahrenheit). Deșertul se răcește iarna. Temperaturile pe timp de noapte pot scădea acum sub îngheț. Deșertul este uscat cea mai mare parte a anului, cu anotimpuri ploioase vara și iarna. Cu toate acestea, chiar și atunci când vin ploile, deșertul nu primește multă apă. Deci, un mod în care aceste plante s-au adaptat este să crească rădăcini foarte adânci. Aceste rădăcini pătrund în surse de apă subterană mult sub suprafața solului.
Velvet mesquite (Prosopis velutina) este un arbust comun în deșertul Sonoran. Rădăcinile sale pot coborî mai mult de 50 de metri (164 picioare). E mai înalt decât o clădire cu 11 etaje. Acest lucru poate ajuta la calmarea setei unui mesquite complet crescut, un arbust legat de fasole. Dar răsadurile trebuie să găsească o soluție diferită pe măsură ce încep să încolțească.
înainte ca o sămânță să prindă rădăcini, trebuie să aterizeze într-un loc bun pentru a crește. Deoarece semințele nu pot merge, se bazează pe alte metode pentru a se răspândi. O modalitate este de a călări vânturile. Mesquite are o abordare diferită.
fiecare dintre aceste plante produce sute — chiar mii — de semințe. Păstăile arată foarte mult ca fasolea verde, dar au gust dulce dulce. Sunt, de asemenea, foarte hrănitoare. Animalele (inclusiv oamenii) pot mânca păstăi de mesquite uscate. Cu toate acestea, semințele în sine, care cresc în interiorul păstăilor dulci, sunt dure. Când animalele mănâncă păstăile, învelișul dur al semințelor permite multora dintre ei să scape de a fi zdrobiți prin mestecare. Semințele tari călătoresc tot drumul prin intestin. În cele din urmă, ei ies de cealaltă parte, în caca. Deoarece animalele sunt adesea în mișcare, ele pot vărsa semințele peste tot în deșert.
a fi mâncat ajută și mesquite într-un al doilea mod. Acoperirea dură a semințelor sale face, de asemenea, dificilă intrarea apei în ele. Și asta este necesar pentru ca semințele să încolțească. Dar când un animal mănâncă o păstaie, sucurile digestive din intestin descompun acum haina semințelor. Când aceste semințe se excretă în fecalele animalului, vor fi în sfârșit gata să crească.
desigur, pentru a crește bine, fiecare sămânță mesquite trebuie să aterizeze într-un loc bun. Mesquite crește de obicei cel mai bine lângă pâraie sau arroyos. Arroyos sunt pârâuri uscate care se umplu cu apă pentru o scurtă perioadă de timp după ploi. Dacă un animal merge la pârâu pentru a bea o băutură și apoi își face afacerea în apropiere, sămânța mesquite are noroc. Fecalele animalului oferă, de asemenea, fiecărei semințe un mic pachet de îngrășământ pentru momentul în care începe să crească.
luând rădăcini
după ce un animal împrăștie semințe de mesquite prin deșert, semințele nu încolțesc imediat. În schimb, ei așteaptă ploile-uneori de zeci de ani. Odată ce cade suficientă ploaie, semințele vor încolți. Acum, ei se confruntă cu o cursă contra cronometru. Aceste semințe trebuie să trimită rapid rădăcini adânci înainte ca apa să se usuce.
Steven R. Archer studiază cum funcționează acest lucru. Este ecologist la Universitatea Arizona din Tucson. E în inima deșertului Sonoran. „Studiez sistemele ecologice, ceea ce înseamnă plantele și animalele, solurile și clima și modul în care toate interacționează între ele”, explică el.
Deșertul Sonoran nu primește ploi lungi și susținute, notează el. Cea mai mare parte a ploii cade în rafale scurte. Fiecare ar putea furniza suficientă apă pentru a uda partea superioară (2,5 centimetri) a solului. „Dar în anumite perioade ale anului”, notează Archer, ” primim destul de multe dintre aceste impulsuri de apă.”Un puls este o scurtă explozie de ploaie. Ar putea dura oriunde de la câteva minute la o oră.
Archer și echipa sa au vrut să vadă cum răspund două specii de plante la aceste impulsuri. Experții au lucrat cu Mesquite de catifea și un arbust înrudit, Acacia cu gheare de pisică (Acacia greggii). În teste, oamenii de știință au udat semințele cu cantități diferite de apă. L-au livrat în diferite numere de impulsuri. Mai târziu, au măsurat cât de repede au încolțit semințele și au crescut rădăcinile.
o furtună care scade 2 centimetri (0.8 inch) de ploaie oferă mai mult decât suficientă apă pentru ca semințele unui arbust de mesquite sau salcâm să germineze. Atâta ploaie poate menține primii 2,5 centimetri de sol umed timp de 20 de zile.Această perioadă este crucială. Fiecare răsad „trebuie să obțină o rădăcină suficient de adâncă în primele câteva săptămâni după ce germinează pentru a supraviețui perioadei lungi uscate care va veni inevitabil”, explică Archer. În deșertul Sonoran, de fapt, un sfert din toate plantele perene-plante care trăiesc mulți ani — mor în primele 20 de zile după ce germinează.
în interiorul unei sere, oamenii de știință au plantat semințe de mesquite de catifea și salcâm cu gheare de pisică. Apoi le-au înmuiat cu între 5,5 și 10 centimetri (2,2 și 3,9 inci) de apă pe parcursul a 16 sau 17 zile. La sfârșitul experimentului, oamenii de știință au măsurat creșterea plantelor.
semințele de Mesquite au germinat rapid. Au încolțit după 4,3 zile, în medie. Semințele de salcâm, în schimb, au durat 7,3 zile. Mesquite a crescut, de asemenea, rădăcini mai adânci. Pentru plantele care au obținut cea mai mare apă, rădăcinile mesquite au crescut la o adâncime medie de 34,8 centimetri (13,7 inci), comparativ cu doar 29.5 centimetri pentru salcâm. La ambele specii, rădăcinile au crescut mai mult cu fiecare 1 centimetru suplimentar de apă pe care plantele le-au primit. Salcâmul a crescut mai mult deasupra solului; mesquite și-a pus cea mai mare parte a energiei în creșterea unei rădăcini adânci cât mai repede posibil.
creșterea rapidă a unei rădăcini adânci ajută la asigurarea supraviețuirii unui mesquite. Un studiu a analizat un alt tip, miere mesquite (P. glandulosa). Majoritatea plantelor tinere din această specie care au supraviețuit primelor două săptămâni după germinare au supraviețuit cel puțin doi ani. Acest studiu a fost publicat pe 27 ianuarie 2014, în PLOS ONE.
bacterii prietenoase plantelor
o altă plantă comună din deșert-tufișul creozot — a adoptat o strategie de supraviețuire diferită. Nu se bazează deloc pe rădăcini adânci. Totuși, planta este un adevărat supraviețuitor al deșertului. Cel mai vechi tufiș de creozot, o plantă din California numită clona Regelui, este estimată la 11.700 de ani. Este atât de veche încât, atunci când a germinat pentru prima dată, oamenii abia învățau cum să cultive. Este mult mai veche decât piramidele Egiptului Antic.
cunoscută și sub numele de Larrea tridentata, această plantă este extrem de comună în zonele întinse ale deșerturilor Sonoran și Mojave (moh-HAA-vee). (Mojave se află la nord de Sonoran și acoperă porțiuni din California, Arizona, Nevada și Utah.) Frunzele mici, uleioase ale tufișului creozot au un miros puternic. Atingerea lor vă va lăsa mâinile lipicioase. La fel ca mesquite, creozotul produce semințe care pot crește în plante noi. Dar această plantă se bazează și pe un al doilea mod de a-și menține specia: se clonează.
clonarea ar putea suna ca ceva dintr-un film Star Wars, dar o mulțime de plante se pot reproduce în acest fel. Un exemplu comun este Cartoful. Un cartof poate fi tăiat în bucăți și plantat. Atâta timp cât fiecare piesă include o adâncitură numită „ochi”, ar trebui să crească o nouă plantă de cartofi. Acesta va produce cartofi noi, care sunt genetic la fel ca cartoful părinte.
după ce o nouă plantă de creozot trăiește aproximativ 90 de ani, începe să se cloneze. Spre deosebire de un cartof, tufișurile de creozot cresc noi ramuri din coroanele lor — partea plantei în care rădăcinile lor întâlnesc trunchiul. Aceste noi ramuri își dezvoltă apoi propriile rădăcini. Aceste rădăcini ancorează noile ramuri de 0,9 până la 4,6 metri (3 până la 15 picioare) în sol. În cele din urmă, părțile mai vechi ale plantei mor. Noua creștere, ancorată acum de propriile rădăcini, continuă.
pe măsură ce planta se maturizează, formează un cerc mare, neregulat. În centru, părțile vechi și moarte ale plantei creozote putrezesc. Clonele noi cresc și se înrădăcinează în jurul perimetrului.
David Crowley este microbiolog de mediu la Universitatea din California, Riverside. El studiază lucrurile vii din mediu care sunt prea mici pentru a vedea fără microscop. În 2012, a vrut să afle cum ar fi putut trăi clona Regelui atât de mult timp cu rădăcini atât de superficiale.
această plantă „este situată într-o zonă în care adesea nu plouă un an întreg”, subliniază Crowley. „Și totuși, această plantă stă acolo, supraviețuind timp de 11.700 de ani în cele mai extreme condiții — sol nisipos, fără apă, nutrienți puțini disponibili. E foarte cald.”Echipa sa a vrut să cerceteze bacteriile din sol care ar putea ajuta la promovarea creșterii plantelor.
Crowley și echipa sa studiază modul în care bacteriile beneficiază plantele. Ei au dezvoltat o ipoteză că o mulțime de bacterii diferite trăiesc lângă rădăcinile clonei regelui și că ajută la menținerea în viață a tufișului creozot antic.
pentru a afla, oamenii de știință au săpat în jurul rădăcinilor Regelui Clone. Experții au identificat apoi bacteriile care trăiesc în acest sol. Au făcut acest lucru studiind ADN-ul germenilor. Majoritatea bacteriilor au fost tipuri care ajută plantele să crească în moduri diferite. O parte din sănătatea plantei, concluzionează Crowley, poate urmări acele ” microorganisme deosebit de bune pe rădăcinile sale.”
unele dintre bacterii au produs hormoni de creștere a plantelor. Un hormon este un produs chimic care semnalează celulele, spunându-le când și cum să se dezvolte, să crească și să moară. Alte bacterii din sol pot lupta împotriva germenilor care îmbolnăvesc plantele. Oamenii de știință au descoperit, de asemenea, bacterii care interferează cu răspunsul unei plante la stres.
solul sărat, căldura extremă sau lipsa apei — toate pot stresa o plantă. Când este stresată, o plantă poate răspunde trimițându-și un mesaj că „ar trebui să înceteze să crească. Ar trebui doar să reziste și să încerce să supraviețuiască”, notează Crowley.
plantele își alertează țesuturile producând gaz de etilenă (ETH-uh-leen). Plantele fac acest hormon într-un mod ciudat. În primul rând, rădăcinile unei plante produc o substanță chimică numită ACC (scurt pentru acidul 1-aminociclopropan-l-carboxilic). De la rădăcini, ACC călătorește pe o plantă, unde va fi transformată în gaz de etilenă. Dar bacteriile pot întrerupe acest proces consumând ACC. Când se întâmplă acest lucru, planta nu primește niciodată propriul mesaj pentru a înceta să crească.
dacă stresul devine prea rău — prea puțină apă sau temperaturi foarte, foarte ridicate — această creștere non-stop ar provoca moartea plantei. Cu toate acestea, dacă stresul este suficient de mic, atunci planta supraviețuiește foarte bine, a aflat echipa lui Crowley. Acesta și-a publicat concluziile în revista microbian Ecology.
Flori de jocuri de noroc
Mesquite și creozot sunt ambele plante perene. Asta înseamnă că acești arbuști trăiesc mulți ani. Alte plante deșertice, inclusiv multe flori sălbatice, sunt anuale. Aceste plante trăiesc un singur an. Asta le lasă doar o șansă de a produce semințe înainte de a muri.
acum imaginați-vă dacă fiecare dintre aceste semințe a germinat în urma unei furtuni de ploaie. Dacă ar fi urmat o vrajă uscată și toți puieții mici ar fi murit, planta nu ar fi reușit să se reproducă. Într-adevăr, dacă acest lucru s-ar întâmpla cu fiecare plantă de acest fel, specia sa ar dispărea.
din fericire pentru unele flori sălbatice, nu asta se întâmplă, observă Jennifer Gremer. E Ecologistă la U. S. Geological Survey. Anterior, în timp ce Gremer a lucrat la Universitatea din Arizona din Tucson, ea a studiat modul în care semințele de flori sălbatice evită să facă alegeri proaste”.”Uneori, oamenii care plasează pariuri folosesc aceeași strategie. Cu plante, strategia nu este despre a câștiga bani, cu toate acestea. Este vorba despre supraviețuirea speciei sale.
pariorii acoperă uneori un pariu. Aceasta este o modalitate de a încerca și de a limita riscul lor. De exemplu, dacă ați fi pariat un prieten $5 că Kansas City Royals ar câștiga 2014 World Series, v-ar fi pierdut toți banii. Pentru a acoperi pariul, ai fi putut paria un alt prieten $ 2 că Royals ar pierde World Series. În acest fel, când Royals au pierdut, ai pierdut 5 dolari, dar ai câștigat 2 dolari. Poate că a durut, dar probabil nu la fel de rău ca și cum ai fi pierdut toți cei 5 dolari.
florile sălbatice ale deșertului Sonoran își acoperă și pariurile. Pariul pe care îl acoperă este: „dacă cresc anul acesta, pot produce mai multe semințe înainte de a muri.”
Imaginați-vă că o floare sălbatică din deșert produce 1.000 de semințe care cad toate la pământ. În primul an, doar 200 de semințe germinează. Ăsta e pariul. Celelalte 800 de semințe sunt gardul său. Ei doar mint și așteaptă.
dacă primul an este foarte ploios, cele 200 de semințe ar putea avea o șansă bună de a crește în flori. Fiecare la rândul său poate produce mai multe semințe. Cu toate acestea, dacă anul este foarte uscat, multe, dacă nu cele mai multe, dintre semințele care au germinat vor muri. Nici una dintre aceste semințe, apoi, a ajuns să se reproducă. Dar datorită gardului viu, planta primește oa doua șansă. Mai are încă 800 de semințe în sol, fiecare capabilă să crească anul viitor, anul următor sau poate un deceniu mai târziu. Ori de câte ori vin ploile.
Hedging-ul are riscurile sale. Păsărilor și altor animale din deșert le place să mănânce semințe. Deci, dacă o sămânță stă pe fundul deșertului mulți ani înainte de a crește, s-ar putea să fie mâncată.
the wildflower ‘hedge’
Gremer și echipa ei au vrut să știe cum 12 anuale de deșert comune și-au acoperit pariurile. Experții au calculat ce parte din semințe au germinat în fiecare an. De asemenea, au numărat ce parte din semințele ungerminate au supraviețuit în sol. (De exemplu, unele semințe ajung să fie mâncate de animale.)
din fericire, un alt ecologist de la Universitatea din Arizona, Lawrence Venable, a colectat date despre semințele de flori sălbatice timp de 30 de ani. El și Gremer au folosit aceste date pentru un nou studiu.
În fiecare an, Venable eșantiona solul deșertului și apoi număra semințele fiecărei specii de flori din el. Acestea reprezentau semințe care nu germinaseră încă. După fiecare ploaie, echipa sa a numărat câți au încolțit în răsaduri. Venable apoi ar urmări răsaduri pentru restul sezonului pentru a vedea dacă au stabilit semințe de propriile lor. Gremer a folosit aceste date pentru a calcula câte semințe au germinat în fiecare an și, în cele din urmă, câte dintre acestea au continuat să producă mai multe semințe.
ea bănuia că, dacă o specie de floare de deșert este foarte bună la supraviețuire, majoritatea semințelor sale ar germina în fiecare an. Și suspiciunile ei s-au dovedit corecte.
ea a folosit matematica pentru a anticipa câte semințe ale fiecărei plante ar germina în fiecare an dacă planta ar folosi cea mai bună strategie posibilă pentru supraviețuire. Apoi și-a comparat presupunerile cu ceea ce au făcut cu adevărat plantele. Prin această metodă, ea a confirmat că plantele și-au acoperit pariurile până la urmă. Unele specii s-au descurcat mai bine decât altele. Ea și Venable și-au descris descoperirile în numărul din martie 2014 al scrisori de Ecologie.
Filaree (Erodium texanum) și-a acoperit pariurile doar puțin. Această plantă produce „semințe mari, delicioase” pe care animalele le place să le mănânce, explică Gremer. De asemenea, este mai bine decât multe alte anuale deșert la supraviețuitor fără multă apă. În fiecare an, aproximativ 70% din toate semințele de filaree germinează. La urma urmei, dacă semințele gustoase rămân în sol, animalele ar putea mânca cele mai multe dintre ele. În schimb, atunci când semințele încolțesc, au șanse mari să supraviețuiască și să se reproducă. Acesta este gardul viu al acestei plante.
o rudă foarte mică a floarea-soarelui adoptă abordarea opusă în acoperirea pariurilor sale. Numit tutun de iepure (Evax multicaulis), animalele rareori mănâncă semințele sale foarte mici, care arată ca boabe de piper. Deci, această plantă poate paria pe lăsarea semințelor sale situate în jurul podelei deșertului. De fapt, în fiecare an, doar 10-15% din semințele sale germinează. Și când o plantă face — și supraviețuiește în deșert suficient de mult pentru a produce semințe-face o mulțime de semințe. Într-adevăr, face mult mai mult decât face un filaree.
lipsa apei îngreunează creșterea plantelor. Este ceva ce fermierii din California au văzut prea bine în ultimii trei ani de secetă. În deșerturile din sud — vestul Statelor Unite, seceta este o caracteristică permanentă a vieții-totuși acolo, multe plante încă prosperă. Aceste plante reușesc deoarece au evoluat diferite moduri de a germina, crește și reproduce.
Word Find (click aici pentru a mări pentru imprimare)
