随着高温和干旱的迅速增加 植物能适应吗_全球即时看

在气候变化使地球许多地区变得更加炎热和干燥的时候，认为沙漠是相对较新的生物群落，在过去30万年中已经大幅增长，这是发人深省的。广泛的干旱地区，如今天覆盖北美西部大部分地区的沙漠，只是在过去5万到7万年内才开始出现。

了解入侵这些严酷沙漠生物群落的植物如何能够生存，可以帮助预测生态系统在更干燥的未来将如何发展。

对数百万年前首次入侵新兴沙漠的一组植物的深入研究得出结论，这些先驱者 - 岩雏菊 - 并非没有能力应对高温，烈日和缺水。它们在较老、更潮湿的地区甚至热带森林中生活在干燥、暴露的岩石露头上，已经适应了这种压力，所有这些都使它们更容易入侵不断扩大的干旱地区。

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加州大学伯克利分校研究员Isaac Lichter-Marck和加州大学伯克利分校综合生物学教授Bruce Baldwin，Jepson Herbarium馆长和“The Jepson Desert Manual： Vascular Plants of Southeastern California”(2002)的主编，本周在《美国国家科学院院刊》上发表了他们关于北美沙漠岩雏菊进化的研究。

这项研究首次为解决长期存在的进化争论提供了证据：标志性的沙漠植物，如庄严的仙人掌、燃烧的奥科蒂洛斯和苏斯龙舌兰，是否在入侵沙漠后才适应干旱条件，或者它们是否预先适应了沙漠生活的压力?

Lichter-Marck说，这个问题在今天具有相关性，因为气候变化导致的干旱加速正在挑战植物比过去更快地适应。地球上大约五分之一的陆地表面已经是沙漠。如果只有已经进化以应对这种胁迫的植物才有可能适应干旱条件，那么今天的许多人可能没有配备足够的遗传工具包来生存。

“如果你认为干旱只是植物进化的刺激因素，那么在许多情况下，人们可以说这些植物是幸存者，它们适应性强，它们会没事的。他们将利用这些新条件，他们将茁壮成长，“Lichter-Marck说，他也是加州大学洛杉矶分校的国家科学基金会博士后研究员。

但岩雏菊的历史表明，“当沙漠出现时，那些具有必要的预适应能力以利用新条件的植物是那些茁壮成长的植物，”他说。“向系统增加更多的干旱并不一定意味着会发生更快速的适应性进化。可以利用新的干旱水平的谱系来源有限，这对于了解气候变化对生物多样性的影响非常重要。

在沙漠中漫游七年

植物学家很久以前就意识到，当植物入侵沙漠地区时，它们迅速多样化，以填补这种新型栖息地创造的许多生态位。

Lichter-Marck说：“即使在1万到1万年前，也很难找到像我们今天在北美看到的那样广泛的沙漠栖息地，这有点令人惊讶，因为现在沙漠和干旱栖息地是地球上分布最广泛的生物群落。“但在中新世晚期，干燥的栖息地蔓延开来，世界上的沙漠植物谱系，特别是仙人掌、龙舌兰和冰植物等多肉植物谱系，以及许多其他耐旱谱系，经历了同步的快速多样化。

然而，古生物学家指出，在沙漠扩散之前茁壮成长数千万年的化石植物具有与今天沙漠植物相似的特征。一些科学家，如加州大学洛杉矶分校和加州大学戴维斯分校的已故古生态学家丹尼尔·阿克塞尔罗德(Daniel Axelrod)认为，这意味着今天在沙漠中茁壮成长的植物进化得更早，并且通过生长在干燥的微型地点(如岩石露头，雨影或山顶)预先适应或倾向于在沙漠条件下生存。其他人，如加州大学伯克利分校的Ledyard Stebbins，一位帮助建立了加州大学戴维斯分校遗传学系的进化生物学家，认为干旱本身刺激植物多样化并发展出能够承受干燥，高温，强烈阳光和强风的特征。

尽管岩石露头和沙漠之间有相似之处，但很难证明沙漠植物是已经适应干旱压力的植物的后代，部分原因是化石很少在干燥的栖息地形成，不能告诉我们太多关于这些古老植物生长的栖息地。

对于Lichter-Marck和Baldwin来说，被归类为向日葵科Perityleae部落的岩石雏菊似乎是一个很好的群体，可以探索这种联系。一些物种生活在墨西哥热带地区的干燥，暴露的岩石上 - 可能被认为是“微沙漠” - 而其他物种则完全适应沙漠地区，例如加利福尼亚州的莫哈韦和大盆地，奇瓦瓦和索诺兰沙漠覆盖北美西部的大部分地区。

“生活在岩石露头上的植物面临着许多与生活在干燥沙漠栖息地的植物相同的挑战，”Lichter-Marck说。“岩石露头往往暴露在紫外线、风和干燥、干燥条件以及高温和霜冻下。他们也往往更容易接触食草动物。

“植物处理它们的方式多种多样，但它们通常涉及某种特殊的根形态，帮助它们锚定在岩石露头中，以及应对加剧的干旱条件。它们往往有较小的叶子，或者叶子上有密集的毛发覆盖，有助于缓冲它们免受干旱和阻挡阳光，包括紫外线。它们也往往对食草动物具有增强的化学防御能力，因为在被咀嚼后需要大量的能量才能再生。

在综合生物学系和杰普森植物标本馆的博士论文中，南加州本地人Lichter-Marck乘坐皮卡车在亚利桑那州，加利福尼亚州，德克萨斯州和墨西哥的沙漠中漫游了几个月，伴随着他的蓝色高跟鞋里约，收集了数百个岩石雏菊标本。一些摇滚雏菊是春天最引人注目的灯笼花之一，用五颜六色的花朵铺满了沙漠。然而，许多仅限于小的地理区域，它们只生长在垂直的岩壁或天空岛山脉上，这使得它们变得危险。Lichter-Marck是一位经验丰富的登山者，是在崎岖地形中进行野外工作的重要技能。

他后来对这些标本的DNA进行了测序 - 73种公认的岩雏菊中的84种 - 并记录了它们的生活史，例如它们生长的地方，它们具有哪种类型的根系，以及它们是一年生的还是多年生的，是草本植物还是灌木。然后，他将它们与化石雏菊进行了比较，以大致了解这些特征的演变以及谱系最终转变为沙漠的时间线。

这使他得出结论，大多数岩石雏菊 - 特别是Laphamia属，它是第一个进入沙漠并且是最大的岩石雏菊属 - 已经适应了炎热，干旱，风和太阳的压力，因为它们在入侵沙漠之前生长在悬崖上。

“这是对最初阿克塞尔罗德假设的明确经验证明 - 沙漠植物群起源于沙漠栖息地广泛出现之前的干燥小气候，”Lichter-Marck说。“这意味着沙漠植被特有的耐旱策略实际上可能并不代表对沙漠中干旱条件的反应。相反，它们可能是与更古老和更稳定的干燥微气候相关的早期进化的特征，例如热带环境中的岩石露头。

他说，预适应可能是许多沙漠植物成功的关键，包括仙人掌，众所周知，仙人掌栖息在岩石露头或作为附生植物生长在热带地区的树冠中，尽管这些大型谱系需要更广泛的分析。

岩雏菊，其中许多生活在特殊的栖息地，使它们容易灭绝，突出了保护看似利基物种的重要性。

“许多岩雏菊非常专业，分布往往非常狭窄，可能被认为对整个生态系统的生存不太重要。在进化生物学和保护生物学中，地理范围狭窄的特殊生物通常被认为是脆弱的谱系，有时甚至被称为进化死胡同，“他说。“这里的一个重要含义是，一群在热带栖息地分散的悬崖上生长的生态专家开始了沙漠中的这种重大辐射。因此，它实际上表明，专家不仅仅是这些濒临灭绝的脆弱谱系。它们实际上可能是进化创新的真正重要来源。

Lichter-Marck目前正在将他对生长在岩石露头上的植物的研究扩展到夏威夷，那里的许多稀有特有物种只生活在陡峭的山脉两侧。然而，他希望使用无人机，而不是攀登岌岌可危的悬崖边来寻找稀有标本。

关键词： 岩石露头 沙漠植物 茁壮成长 加州大学伯克利分校