Von Robert Sanders, Medienarbeit|31. Januar 202331. Januar 2023Felsengänseblümchen sind Pflanzen trockener Mikrolebensräume, wie z. B. freiliegende Felsvorsprünge.Ihre Anpassungen an die Belastungen des Lebens auf kahlen Klippen machten sie ideal geeignet, um in die Wüstengebiete des amerikanischen Südwestens einzudringen, als sie sich in den letzten 5 bis 7 Millionen Jahren ausbreiteten.(Bildnachweis: Isaac Lichter-Marck)In einer Zeit, in der der Klimawandel viele Gebiete des Planeten heißer und trockener macht, ist es ernüchternd zu glauben, dass Wüsten relativ neue Biome sind, die in den letzten 30 Millionen Jahren erheblich gewachsen sind.Weit verbreitete Trockengebiete wie die Wüsten, die heute einen Großteil des westlichen Nordamerikas bedecken, begannen erst in den letzten 5 bis 7 Millionen Jahren zu entstehen.Das Verständnis, wie Pflanzen, die in diese rauen Wüstenbiome eindrangen, überleben konnten, könnte helfen, vorherzusagen, wie es den Ökosystemen in einer trockeneren Zukunft ergehen wird.Eine intensive Untersuchung einer Gruppe von Pflanzen, die vor Millionen von Jahren erstmals in aufstrebende Wüsten eindrangen, kommt zu dem Schluss, dass diese Pioniere – Felsengänseblümchen – nicht ohne Ausrüstung waren, um mit Hitze, sengender Sonne und Wassermangel fertig zu werden.Sie hatten Anpassungen an solche Belastungen entwickelt, während sie auf trockenen, exponierten Felsvorsprüngen in älteren, feuchteren Gebieten und sogar tropischen Wäldern lebten, was es ihnen erleichterte, in expandierende Trockengebiete einzudringen.Die Studie des Forschers Isaac Lichter-Marck von der University of California, Berkeley, liefert erstmals Beweise zur Lösung einer langjährigen evolutionären Debatte: Haben sich ikonische Wüstenpflanzen wie die stattlichen Saguaro-Kakteen, die flammenden Ocotillos und die Seussischen Agaven angepasst? trockene Bedingungen erst, nachdem sie in Wüsten eingedrungen sind?Oder haben sie sich bereits an die Belastungen des Wüstenlebens angepasst?Die Frage ist heute relevant, sagte Lichter-Marck, denn die beschleunigte Trockenheit aufgrund des Klimawandels fordert Pflanzen heraus, sich viel schneller als in der Vergangenheit anzupassen.Bereits jetzt ist etwa ein Fünftel der Landoberfläche der Erde Wüste.Wenn die Anpassung an trockene Bedingungen nur für Pflanzen möglich war, die sich bereits entwickelt hatten, um mit solchen Belastungen fertig zu werden, dann sind viele heute möglicherweise nicht mit einem angemessenen genetischen Werkzeugkasten ausgestattet, um zu überleben.Ein Teppich vergänglicher Wildblumen färbt die Wüste im Anza Borrego State Park gelb.Diese Blüten werden von einigen Pflanzenarten aus der Familie der Korbblütler (Compositae) dominiert.Viele Gänseblümchen besitzen einen jährlichen Lebenszyklus, der es ihnen ermöglicht, innerhalb des kurzen Zeitfensters günstiger Bedingungen nach dem Regen zu keimen, zu blühen und Samen zu bilden, wodurch sie den rauen, trockenen Bedingungen, die typischerweise das Wüstenleben charakterisieren, effektiv entkommen.Rio, ein Blue Heeler oder australischer Rinderhund, war ein wichtiger Teil des Feldteams, das dabei half, Felsengänseblümchen in weiten Teilen des zerklüfteten Wüstengeländes zu finden.(Bildnachweis: Isaac Lichter-Marck)„Wenn Sie Trockenheit nur als Stimulus für die Pflanzenevolution betrachten, dann könnten die Menschen in vielen Fällen sagen, dass diese Pflanzen Überlebenskünstler sind, sie sind anpassungsfähig und es wird ihnen gut gehen.Sie werden diese neuen Bedingungen nutzen und gedeihen“, sagte Lichter-Marck, die auch Postdoktorandin der National Science Foundation an der UCLA ist.Aber die Geschichte der Steingänseblümchen legt nahe, dass „als die Wüsten entstanden, diejenigen Pflanzen gediehen, die die notwendigen Voranpassungen hatten, um neue Bedingungen zu nutzen“, sagte er.„Das Hinzufügen von mehr Aridifizierung zum System bedeutet nicht unbedingt, dass eine schnellere adaptive Evolution stattfinden wird.Es gibt nur eine begrenzte Anzahl von Abstammungslinien, die neue Trockenheitsgrade nutzen können, und das ist wichtig, um die Auswirkungen des Klimawandels auf die Biodiversität zu verstehen.“Lichter-Marck und Bruce Baldwin, Professor für integrative Biologie an der UC Berkeley, Kurator des Jepson Herbariums und Chefredakteur von The Jepson Desert Manual: Vascular Plants of Southeastern California (2002), veröffentlichten ihre Studie über die Evolution von Felsengänseblümchen in nordamerikanischen Wüsten diese Woche in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences.Botaniker haben vor langer Zeit erkannt, dass sich Pflanzen, als sie in Wüstengebiete eindrangen, schnell diversifizierten, um die vielen Nischen zu füllen, die durch diese neue Art von Lebensraum geschaffen wurden.Das Nischen- oder Hängegartenfelsen-Gänseblümchen (Laphamia specuicola), das hier auf steilen Sandsteinfelsen im Arches-Nationalpark in Moab, Utah, zu sehen ist, wurde erst kürzlich als neue Art identifiziert und beschrieben.Hängende Gärten, die im gesamten Colorado-Plateau zu finden sind, bilden sich in vertikalen oder überhängenden Wänden aus erodiertem Sandstein und bieten eine üppige Nische für eine vielfältige und spezialisierte Flora von Klippenbewohnern.(Bildnachweis: Isaac Lichter-Marck)„Noch vor 1 Million bis 1,5 Millionen Jahren wäre es schwierig gewesen, weit verbreitete Wüstenlebensräume zu finden, wie wir sie heute in Nordamerika sehen, was irgendwie überraschend ist, da Wüsten und trockene Lebensräume heute das am weitesten verbreitete Biom auf der Erde sind. “, sagte Lichter-Marck.„Aber während des späten Miozäns breiteten sich trockene Lebensräume aus, und die weltweiten Abstammungslinien von Wüstenpflanzen, insbesondere die sukkulenten Abstammungslinien wie Kakteen, Agaven und Eispflanzen – sowie viele andere dürretolerante Abstammungslinien – erfuhren eine synchrone schnelle Diversifizierung. ”Paläontologen wiesen jedoch darauf hin, dass versteinerte Pflanzen, die Millionen von Jahren vor der Ausbreitung der Wüste gediehen, ähnliche Eigenschaften wie heutige Wüstenpflanzen aufwiesen.Einige Wissenschaftler, wie der verstorbene Paläoökologe Daniel Axelrod von der UCLA und der UC Davis, argumentierten, dass dies bedeutete, dass sich die Pflanzen, die heute in der Wüste gediehen, früher entwickelt und vorab angepasst – oder exaptiert – wurden, um Wüstenbedingungen zu überleben, indem sie in trockenen Mikrostandorten wie Felsvorsprüngen wuchsen , Regenschatten oder Berggipfel.Andere, wie Ledyard Stebbins von der UC Berkeley, ein Evolutionsbiologe, der an der Gründung des UC Davis Department of Genetics beteiligt war, argumentierten, dass die Trockenheit selbst Pflanzen dazu anspornte, sich zu diversifizieren und Eigenschaften zu entwickeln, um Trockenheit, Hitze, intensivem Sonnenlicht und starken Winden standzuhalten.Trotz der Ähnlichkeiten zwischen Felsvorsprüngen und Wüsten war es schwierig zu beweisen, dass Wüstenpflanzen von Pflanzen abstammen, die bereits an die Belastungen der Trockenheit angepasst waren, zum Teil, weil sich Fossilien selten in trockenen Lebensräumen bilden und uns nicht viel über den Lebensraum sagen können, in dem diese alten Pflanzen wuchsen.Das Baja California Rock Daisy (Laphamia lobata) wächst auf kahlen Felsvorsprüngen und Klippen aus Vulkangestein.Lichter-Marck und Baldwin führten eine umfassende Klade-basierte Studie der Felsengänseblümchen durch und fanden überzeugende Beweise dafür, dass Dürretoleranzmerkmale, die typischerweise der Anpassung an ein trockenes Klima zugeschrieben werden, sich vor der Ansiedlung in Wüsten entwickelt haben.Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der Voranpassung auf offenen, felsigen Substraten als Vorläufer für die Entwicklung der Dürretoleranz in der Wüstenflora und werfen Bedenken auf, dass die durch den Klimawandel verursachte Aridifizierung die adaptive Evolution der Pflanzen überflügeln könnte.(Bildnachweis: Isaac Lichter-Marck)Für Lichter-Marck und Baldwin schienen Felsen-Gänseblümchen, die in der Tribus Perityleae in der Familie der Sonnenblumengewächse eingeordnet werden, eine gute Gruppe zu sein, um die Verbindung zu erforschen.Einige Arten leben auf trockenem, exponiertem Gestein in tropischen Gebieten Mexikos – was als „Mikrowüsten“ bezeichnet werden könnte – während andere sich vollständig an Wüstengebiete angepasst haben, wie die Mojave in Kalifornien und die Wüsten Great Basin, Chihuahuan und Sonora, die sie bedecken den größten Teil des westlichen Nordamerikas.„Pflanzen, die auf Felsvorsprüngen leben, stehen vor vielen der gleichen Herausforderungen wie Pflanzen, die in einem trockenen Wüstenlebensraum leben“, sagte Lichter-Marck.„Felsvorsprünge sind in der Regel UV-Licht, Wind und trockenen, austrocknenden Bedingungen sowie Hitze und Frost ausgesetzt.Sie neigen auch dazu, Pflanzenfressern stärker ausgesetzt zu sein.„Die Art und Weise, wie Pflanzen mit ihnen umgehen, ist vielfältig, aber sie beinhalten normalerweise eine Art spezialisierte Wurzelmorphologie, die ihnen hilft, sich in Felsvorsprüngen zu verankern und mit den erhöhten Trockenheitsbedingungen fertig zu werden.Und sie neigen dazu, kleinere Blätter oder Blätter mit einer dichten Haarbedeckung zu haben, die helfen, sie gegen Trockenheit zu puffern und Sonnenlicht, einschließlich UV-Licht, zu blockieren.Sie neigen auch dazu, eine erhöhte chemische Abwehr gegen Pflanzenfresser zu haben, weil es viel Energie braucht, um sich nach dem Fressen zu regenerieren.“Für seinen Ph.D.Während seiner Doktorarbeit in der Abteilung für Integrative Biologie und im Jepson Herbarium durchstreifte Lichter-Marck, ein gebürtiger Südkalifornier, monatelang in einem Pickup-Truck die Wüsten von Arizona, Kalifornien, Texas und Mexiko, begleitet von seinem Blue Heeler Rio , um Hunderte von Exemplaren von Felspodesten zu sammeln.Einige Felsengänseblümchen gehören zu den dramatischsten Blüten im Frühling und überziehen die Wüste mit farbenfrohen Blüten.Viele sind jedoch auf kleine geografische Regionen beschränkt, in denen sie nur an senkrechten Felswänden oder Bergketten von Himmelsinseln wachsen, was das Sammeln gefährlich macht.Lichter-Marck ist ein erfahrener Bergsteiger, eine wichtige Voraussetzung für die Feldarbeit in unwegsamem Gelände.Brandegee's Rock Daisy (Perityle brandegeeana) ist eine der am häufigsten vorkommenden einjährigen Wildblumen in den Lebensräumen der niedrigen Sonora-Wüste in der Region Vizcaino in Baja California, wo sie monatelang kilometerlange Ödlande bedecken kann.Der Name ehrt Katherine Brandegee, eine bahnbrechende Botanikerin und Kuratorin des Herbariums der California Academy of Sciences.(Bildnachweis: Isaac Lichter-Marck)Später sequenzierte er die DNA dieser Exemplare – 73 der 84 anerkannten Arten von Rock Daisy – und katalogisierte ihre Lebensgeschichten, z. B. wo sie gewachsen sind, welche Art von Wurzelsystem sie hatten und ob sie einjährig oder mehrjährig waren, ein Kraut oder ein Strauch.Dann verglich er sie mit versteinerten Gänseblümchen, um eine grobe Zeitachse der Entwicklung dieser Merkmale und der eventuellen Verlagerung der Linie in Wüsten zu entwickeln.Daraus folgerte er, dass sich die meisten Felsen-Gänseblümchen – insbesondere die Gattung Laphamia, die als erste in Wüsten einwanderte und die größte Gattung der Felsen-Gänseblümchen ist – an den Stress durch Hitze, Trockenheit, Wind und Sonne angepasst hatten Wachstum auf Klippen, bevor sie in Wüsten eindringen.„Dies ist eine klare empirische Demonstration dessen, was ursprünglich Axelrods Hypothese war – einer Gruppe von Wüstenpflanzen, die ihren Ursprung in trockenen Mikroklimata vor der weit verbreiteten Entstehung von Wüstenhabitaten hatte“, sagte Lichter-Marck.„Das bedeutet, dass die für die Wüstenvegetation so charakteristischen Strategien zur Dürretoleranz möglicherweise keine Reaktion auf die Trockenheit in Wüsten darstellen.Stattdessen könnten sie Merkmale sein, die sich früher in Verbindung mit viel älteren und stabileren trockenen Mikroklimata entwickelt haben, wie etwa Felsvorsprüngen in tropischen Umgebungen.“Voradaptation könnte der Schlüssel zum Erfolg vieler Wüstenpflanzen sein, einschließlich Kakteen, von denen bekannt ist, dass sie Felsvorsprünge bewohnen oder als Epiphyten in den Baumkronen in tropischen Gebieten wachsen, obwohl diese großen Abstammungslinien eine viel umfassendere Analyse erfordern würden, sagte er .Eine neue Berkeley News-Serie wird untersuchen, wie die Campus-Community der Klimakrise begegnet.Felsen-Gänseblümchen, von denen viele in spezialisierten Lebensräumen leben, die sie vom Aussterben bedroht machen, unterstreichen die Bedeutung der Erhaltung scheinbarer Nischenarten.„Viele der Felsen-Gänseblümchen sind sehr spezialisiert und neigen dazu, sehr eng in ihrer Verbreitung zu sein und könnten als weniger wichtig für das Überleben des Ökosystems als Ganzes angesehen werden.In der Evolutionsbiologie und in der Naturschutzbiologie werden spezialisierte Organismen mit engen geografischen Verbreitungsgebieten oft als gefährdete Abstammungslinien betrachtet und manchmal sogar als evolutionäre Sackgassen bezeichnet“, sagte er.„Eine wichtige Implikation hier ist, dass eine Gruppe von Umweltspezialisten, die auf verstreuten Klippen in tropischen Lebensräumen wachsen, diese große Strahlung in der Wüste auslöste.Es zeigt also tatsächlich, dass Spezialisten nicht nur diese gefährdeten Linien am Rande des Aussterbens sind.Sie könnten tatsächlich wirklich wichtige Quellen für Innovationen in der Evolution sein.“Lichter-Marck dehnt seine Studie über Pflanzen, die auf Felsvorsprüngen wachsen, derzeit auf Hawaii aus, wo viele seltene endemische Arten nur an den Hängen steiler Berge leben.Anstatt gefährliche Klippen zu erklimmen, um seltene Exemplare zu erreichen, hofft er jedoch, Drohnen einzusetzen.Die Arbeit wurde finanziert durch das Smithsonian Institution Fellowship Program, die Philomathia Foundation, das UC Berkeley Department of Integrative Biology, das University of California Natural Reserve System, die Society of Systematic Biologists, die American Society of Plant Taxonomists, die California Native Plant Society, die California Botanical Society, Southern California Botaniker und der Lawrence R. Heckard Fund des Jepson Herbarium.RT @igisci: Herzlichen Glückwunsch an @BanfieldJill, Direktorin für Mikrobiologie bei IGI – Gewinnerin der van Leeuwenhoek-Medaille 2023, die in Anerkennung seiner…