ستاره های تیرانداز سرنخ هایی از واکنش احتمالی گیاهان به گرمایش جهانی ارائه می دهند

2023 نویسنده: Sophia Otis | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-05-21 01:48

هم مهاجرت و هم تکامل در انطباق ستاره های تیرانداز با دماهای گرمتر پس از آخرین عصر یخبندان نقش داشتند. بسیاری از دانشمندان نگران این هستند که گونه های گیاهی و جانوری به دلیل گرمایش زمین با انقراض مواجه شوند، اما زیست شناسان دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس در تلاش هستند تا دقیقاً پیش بینی کنند که چه اتفاقی برای آنها خواهد افتاد. کدام گونه مهاجرت خواهد کرد؟ کدام تکامل؟ کدام رفتار آنها را تغییر می دهد؟ کدام‌ها منقرض می‌شوند؟

به جای اینکه به آینده نگاه کنند، به عقب نگاه می کنند، و بررسی می کنند که چگونه گونه های زنده امروزی از گرمایش جهانی در پایان پلیستوسن جان سالم به در بردند و می پرسند که آیا پاسخ های آنها برای امروز ما راهنمایی می کند یا خیر.

برای پایان نامه خود براد اوبرل، کاندیدای دکترای زیست شناسی در هنر و علوم در دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس، به تاریخچه پس از پلیستوسن سه گونه از ستاره های تیرانداز (دودکاتئون) پرداخت.

Dodecatheon سرده ای از گیاهان گلدار از خانواده گل پامچال است که گلبرگ های گل های تکان دادن آن به سمت بالا خم می شوند و به گل ها ظاهر ستاره ای می دهند که به زمین می افتد و شعله های آتش در پشت آن می افتد.

دو گونه از این گونه، ستاره تیرانداز جواهردار (D. amethystinum)، و تیرانداز فرانسوی (D. frenchii)، نادر هستند و فقط در زیستگاه های صخره ای رشد می کنند.

آیا گونه‌های کمیاب بقایای یخبندان هستند، گونه‌هایی که با شرایط مرطوب خنک در دوران پلیستوسن سازگار شده‌اند که با گرم شدن آب و هوا به تدریج به پناهگاه‌های کوچک‌تر و کوچک‌تر عقب‌نشینی کردند؟ یا اکوتیپ‌هایی بودند، گونه‌های محلی گونه‌ای گسترده، ستاره تیرانداز مید (D. meadia)، که با آب و هوای کوچک صخره‌ها سازگار شده بودند، اما از نظر ژنتیکی شبیه به ستاره تیراندازی مید بودند.

باربارا شال، دکترا، استاد ممتاز زیست شناسی در هنر و علوم، مری دل چیلتون، مشاور پایان نامه اوبرل و نویسنده همکارش، می گوید: «همانطور که در علم معمول است، نتیجه متفاوت بود. یکی از گونه‌ها احتمالاً گونه‌ای باقیمانده است و دیگری احتمالاً یک اکوتیپ است. برخی از گونه‌ها با مهاجرت به گرم شدن واکنش نشان دادند، اما ظاهراً سایر جمعیت‌ها در محل خود سازگار شدند.»

مقاله در شماره 5 آوریل مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (PNAS) منتشر شد.

"این یک کار دوست داشتنی است" شال می گوید.

چرا shootingstars؟

اوبرل که در میسوری بزرگ شده است، می‌گوید: «در پیاده‌روی‌هایی که در کودکی انجام می‌دادم، متوجه شدم که اگر در یک جنگل، زیستگاهی باز با آفتاب شدید و دمای بالا، احساس بسیار متفاوتی داشته باشید. اگر در یک توخالی قرار داشتید، جایی که پناهگاه بیشتر، خنک‌تر و مرطوب‌تر است.من همچنین متوجه شدم که جوامع گیاهی در این دو مکان نیز بسیار متفاوت است."

"وقتی تازه دکترا را شروع کرده بودم، کتابی به نام جوامع طبیعی زمینی میسوری نوشته پل نلسون خواندم.

"یکی از گونه‌هایی که من در مورد آن یاد گرفتم، ستاره تیرانداز فرانسوی، متخصص در زیستگاه‌هایی است که در جایی اتفاق می‌افتند که تاقچه‌ها به پایین صخره‌ها می‌آیند. این خانه‌های صخره‌ای، همانطور که به آن‌ها گفته می‌شود، تمایل دارند در صخره‌های ماسه‌سنگ به دلیل هوای ماسه‌سنگ شکل بگیرند. زیستگاه های صخره ها معمولاً مرطوب هستند و گیاهان جالب دیگری را نیز در خود جای داده اند.

"و سپس، با ورق زدن کتاب، ستاره تیرانداز جواهردار را پیدا کردم، گونه‌ای نادر دیگر، اما گونه‌ای که در صخره‌های آهکی تخصص دارد. معمولاً در دامنه‌های بالای صخره‌ها درست قبل از عمودی شدن صخره‌ها رشد می‌کند..

"همچنین تمایل دارد به صورت تکه های کوچک روی خود صخره رشد کند."

"گونه گسترده، D. meadia، یک آشفتگی واقعی است،" او می گوید. "این یک گیاه زیبا است که چشم یک گیاه شناس را به خود جلب می کند. و تقریباً هر گیاه شناس که به جمعیتی از این گیاه نگاه می کند احساس می کند که جمعیت آن خاص و منحصر به فرد است. وقتی گیاه شناسان چنین واکنشی نشان می دهند، تمایل دارند نامی را بر روی جمعیت بزنند. و آن را یک گونه جدید بنامید. پنجاه تا 100 نام روی این یکی از گونه های تیرانداز گذاشته شده است، زیرا بسیار زیبا است، و در بهار زمانی که همه می خواهند بیرون بروند و گیاه شناسی کنند، ظاهر می شود.

"تعداد گونه ها در این جنس هنوز یک سوال باز است" اوبرل می گوید، "اما تجدید نظر این جنس که چند سال پیش منتشر شد 18 گونه از Dodecatheon در ایالات متحده را نام برد. این تجدید نظر سه گونه را شناسایی کرد. در شرق ایالات متحده و اینها گونه هایی هستند که من با آنها کار کردم."

فرضیه باقیمانده و فرضیه اکوتیپ

گیاه‌شناسانی که معتقدند گونه‌های کمیاب ستاره تیرانداز گونه‌های متمایز هستند، توزیع و زیست‌محیطی آن‌ها را به عنوان پاسخی به تغییرات آب و هوایی تاریخی توضیح می‌دهند.

این گونه ها واقعاً شرایط سرد و مرطوب را دوست دارند. آنها در طول آخرین دوره یخبندان رشد کردند.

"اگر ساعت را به 20000 سال پیش برگردانید، سنت لوئیس 50 تا 100 مایل از یخچال طبیعی با ضخامت حدود یک مایل فاصله داشت."

این گونه‌ها در آخرین حداکثر یخبندان زمانی که شرایط خنک‌تر بود، گسترده بودند، اما زمانی که آب و هوا شروع به گرم شدن کرد، نمی‌توانستند خود را وفق دهند، بنابراین محدوده آنها کاهش یافت و گیر کردند - من در این زیستگاه‌های صخره‌ای منزوی شدم.

سایر گیاه شناسان، با این حال، فکر می کنند که ستاره های تیرانداز تنها یک گونه بزرگ در هم ریخته هستند. اگر ستاره تیراندازی با ظاهری عجیب در یک زیستگاه صخره ای پیدا کردید، به این دلیل نیست که تاریخچه خاصی داشته است، بلکه به این دلیل است که زیستگاه صخره دارای ویژگی های غیرعادی است و فرآیند انتخاب طبیعی انواع محلی را ایجاد می کند که با آن ویژگی ها سازگار است. بنابراین گونه‌های کمیاب اکوتیپ‌ها هستند، گیاهانی که برای یک زیستگاه خاص تخصص دارند، نه باقیمانده‌ها.

فرضیه ها چه چیزی را پیش بینی می کنند

همانطور که اوبرل متوجه شد، این فرضیه‌ها پیش‌بینی‌های خاصی را انجام می‌دهند که می‌توان آنها را با تحقیق جعل کرد.

فرضیه باقیمانده پیش بینی می کند که گونه باقیمانده از نظر ژنتیکی از هر گونه دیگر در منطقه متمایز خواهد بود. این کار خود را انجام می دهد و تاریخچه خود را دارد و باید بتوان آن تاریخ را با مشاهده الگوهای تنوع ژنتیکی تشخیص داد.

فرضیه باقیمانده همچنین پیش‌بینی می‌کند که جمعیت‌های دور افتاده گونه‌های باقی‌مانده در یک نوع زیستگاه اتفاق می‌افتند و از نظر ژنتیکی بیشتر شبیه به گیاهانی هستند که در زیستگاه‌های مختلف وجود دارند، حتی اگر آن گیاهان در نزدیکی باشند.

فرضیه اکوتیپ مجموعه ای متضاد از پیش بینی ها را ایجاد می کند. اگر گونه‌های کمیاب اکوتیپ‌ها هستند، فقط گونه‌های محلی گونه‌های گسترده، ژنوم آنها نباید به طور قابل توجهی با جمعیت تصادفی دیگر گونه‌های گسترده متفاوت باشد.

بعلاوه، اگر جمعیت‌های نادر اکوتیپ هستند، باید از نظر ژنتیکی بیشتر به اکوتیپ‌های نزدیک شباهت داشته باشند تا با اکوتیپ‌های دور.

کار میدانی

برای تمایز بین این فرضیه، اوبرل ستاره های تیراندازی را در سراسر شرق ایالات متحده، از پنسیلوانیا تا تگزاس، و از جورجیا تا مینه سوتا جمع آوری کرد.

"یکی از طنزهای این پروژه، " او با ناراحتی می گوید، "این بود که من این تحقیق را در مورد گرم شدن کره زمین انجام می دادم و برای انجام آن در سراسر کشور رانندگی می کردم. اما این یک سفر فوق العاده بود و من باید مکان های شگفت انگیزی را ببینم و با مردم بسیار سخاوتمند ملاقات کنم.

"در هر مکان، مختصات GPS را می گرفتم، سعی می کردم بفهمم جمعیت گیاهان چقدر بزرگ است، و سپس گیاهان را به روشی ثابت نمونه برداری می کردم.

"من صفتی به نام سطح برگ خاص، یا سطح برگ تازه در واحد جرم را اندازه‌گیری کردم، زیرا به من بینشی در مورد سازگاری گیاهان با زیستگاه‌هایی که آنها را پیدا کردم، داد.

"من همچنین برگها را برای تجزیه و تحلیل ژنتیکی برداشتم. من مقداری DNA از همه گیاهان را توالی یابی کردم، اما از آنجایی که توالی DNA بین گیاهان تفاوت زیادی ندارد، به تکنیکی به نام چندشکلی با طول قطعه تقویت شده (AFLP) روی آوردم. این تکنیک بسیار حساس است؛ افراد نزدیک اغلب الگوهای نواربندی AFLP بسیار متفاوتی دارند.

"و در نهایت، من یک نمونه کوپن از هر جمعیتی برای هرباریوم در باغ گیاه شناسی میسوری جمع آوری کردم." اوبرل می گوید.

برخی بقایا، برخی اکوتیپ ها

نتایج، که در نهایت از کار ژنتیکی به دست آمد، به گونه بستگی داشت.

اوبرل می‌گوید: «جمعیت تیراندازهای جواهری از ویسکانسین و پنسیلوانیا از نظر ژنتیکی از همه ستاره‌های تیرانداز دیگر در آمریکای شمالی متمایز هستند و بسیار شبیه به یکدیگر هستند، حتی اگر بسیار از هم دور باشند.»

این نشان می دهد که ستاره تیرانداز جواهراتی یک بقایای است، گیاهی که در گذشته گسترده بود اما دامنه آن تکه تکه شده است و اکنون فقط در زیستگاه های پناهگاه زنده می ماند.

از طرف دیگر، ستاره تیرانداز فرانسوی از نظر ژنتیکی با D. meadia کاملاً متمایز نیست، حتی اگر این گیاهان ظاهر متفاوتی داشته باشند و در زیستگاه های مختلف رشد کنند. اگرچه کار قبلی نشان داده بود که آنها از نظر ژنتیکی با شرایط مختلف سازگار بودند، به طور کلی ژنوم آنها بسیار شبیه به هم است. بنابراین shootingstar فرانسوی احتمالاً فقط یک اکوتیپ ساده از D. meadia است.

توصیه های حفاظتی

نتایج نشان می دهد که دو "گونه" نادر تیرانداز در شرق ایالات متحده باید کاملاً متفاوت مدیریت شوند. از آنجایی که ستاره تیرانداز جواهردار یک اثر باقی مانده است، احتمالاً از یک نخ آویزان است. اگر آب و هوا به گرم شدن ادامه دهد، احتمالاً منقرض خواهد شد.

اوبرل می‌گوید: «از آنجایی که می‌دانیم این گونه از نظر ژنتیکی متمایز است، ستاره تیرانداز جواهردار باید در اولویت حفاظت قرار گیرد، زیرا آب و هوا همچنان گرم می‌شود.»

از سوی دیگر، از آنجایی که ستاره تیرانداز فرانسوی یک اکوتیپ است، این نشان می دهد که می تواند با آب و هوای متغیر سازگار شود.

و، چون از نظر ژنتیکی متمایز نیست، جمعیتی از ستاره تیرانداز فرانسوی ارزش حفاظتی مشابهی با هر جمعیت تصادفی دیگری از D. meadia دارد.

اما، اوبرل هشدار می دهد، ستاره های تیرانداز ممکن است به گرمایش زمین ناشی از انسان واکنش نشان ندهند، همانطور که به گرم شدن در پایان آخرین عصر یخبندان پاسخ دادند، هم به این دلیل که گرم شدن سریعتر است و هم به دلیل اینکه زیستگاه در حال حاضر تکه تکه شده است.

بخش غمگین

"از اینکه به این نتیجه رسیدم که D. Frenchii واقعاً یک گونه متمایز نیست، ناراحت شدم، زیرا گیاه زیبایی است و در یک زیستگاه زیبا رشد می کند، بنابراین بخشی از من می خواستم این تمایز زیبا را تشخیص دهم. از آن نیز.

"خانواده من از دهه 1860 صاحب مزرعه ای هستند که در نزدیکی یکی از این زیستگاه های صخره های ماسه سنگی قرار دارد. پدربزرگ و مادربزرگ و پدربزرگ و مادربزرگ من در تابستان به آنجا می رفتند تا پس از کار در مزرعه در زیر آبشار استراحت کنند. و این صخره دارای جمعیت D است. Frenchii، یکی از معدود جمعیت در میسوری. بنابراین من یک ارتباط خانوادگی با این گیاه کمیاب زیبا دارم و تحقیقات من نشان داد که آن طور که فکر می کردیم خاص نیست.

"من تقریباً احساس می کردم که باعث انقراض شده ام، اگرچه انقراض فقط یک انقراض روی کاغذ بود."