virágzó növények csak körülbelül 100 millió évvel ezelőtt jelentek meg a fosszilis nyilvántartásban, mégis a növényvilág 90 százalékát teszik ki. Eközben az ismert állatfajok körülbelül 75% – a rovar. A fajok eredete, Charles Darwin magyarázatot adott erre a lenyűgöző sokféleségre: beporzás. A növényeknek és rovarporzóiknak-feltételezte-egymással együtt kell fejlődniük egy olyan folyamatban, amelyet ő “együtt-evolúciónak” nevezett, amíg káprázatos formákká nem virágoznak.
de a növények és beporzóik hatalmas világában volt egy példa, amelyet Darwin Joseph Dalton Hookernek írt levelében “a megtermékenyítés legcsodálatosabb esetének” tartott. Ez volt a Joshua fa és a yucca lepke különös esete.
kezdjük a Joshua tree-vel, a Mojave-sivatag legikonikusabb növényével. A sivatagi ég felé kanyarodó, csípős, viaszos virágokkal díszített tüskés szárnyaival ez a sivatag-adaptált cserje híres a túlvilágról. Mindenki, aki áthalad a sivatagon, emlékszik a fenséges Joshua-fára; névadója inspirálta a művészeket, a filmkészítőket és sok utazót a transzcendencia keresésére.
kevés utazó azonban viasz költői evolúciós partneréről, a yucca lepkéről. A kicsi, a dun bug kezdetben igénytelen, de közelebbről megvizsgálva, ugyanolyan földönkívüli mérkőzés az ikonikus Joshua tree számára. A szokásos szájrész helyett bizarr, csápszerű leveleket sportol, amelyek a rovarok körében egyedülállóak-és alapvető célt szolgálnak a sivatagi ökoszisztémában.
a beporzók vonzására szolgáló nektár nélkül A Joshua fák kizárólag erre a szerény lepkére támaszkodnak a beporzáshoz. A Yucca lepkék ügyes állkapocs-függelékeikkel gyűjtik a pollent a Joshua tree virágokból, és lerakják azt minden virág női részeire, amikor a lepke a virágzás között mozog. A lepke viszont vékony, pengeszerű ovipositorával tojásait a virágok magjaira helyezi.
amikor kikelnek, a yucca moly hernyók megeszik a magokat—az egyetlen táplálékforrásukat—, mielőtt a földre másznának, hogy gubókat képezzenek. És a ciklus újra kezdődik.
Christopher Smith, a Willamette Egyetem biológusa szerint, aki a beporzó kapcsolatokat tanulmányozza, a yucca lepkék és a Joshua fák közötti kapcsolat semmihez sem hasonlít a természeti világban. Tudnia kell: Smith már régóta tanulmányozta a rovarok és a növények közötti különféle kapcsolatokat a sivatagban. Korábbi kutatásai a kaktusz hosszúszarvú bogarakra és a tüskés növényfajokra összpontosítottak, amelyekkel az egész Sonoran-sivatagban kölcsönhatásba lépnek. De semmi sem hasonlítható a Joshua fához és a yucca lepkéhez.
a legtöbb beporzó véletlenül segíti az általuk beporzott növényeket. A méhek és a madarak felfrissülnek a pollen ellen, miközben egy virág nektárjával táplálkoznak, és növényről növényre terjesztik, miközben folytatják a napi lakomát. Nem yucca lepkék: mivel hernyóik A Joshua-fák és ízletes magjaik fennmaradásától függenek, a yucca lepke beporzása aktív túlélési cselekedet. Sőt, ez a partnerség több millió éve folyik.
A Joshua fák nem csupán művészi inspirációt nyújtanak: alapvető környezeti támogatást nyújtanak a kompromisszumok nélküli sivatagi ökoszisztéma számára. Ezek a förtelmesen gyönyörű cserjék táplálékot és menedéket nyújtanak az állatoknak a Mojave-I bozótosokban, ahol az erőforrások közismerten szűkösek. Tavasszal virágai az egyetlen nedves táplálékforrás a rovarok, hollók és földi mókusok számára.
mégis, ma, a hosszú életű partnerségük veszélybe kerülhet, mivel a Joshua fa természetes élőhelye új fenyegetésekkel néz szembe.
a megfelelő lepke a munkához
A Joshua fáknak két különböző fajtája van, osztva a Death Valley és az Amargosa sivatag alacsony belvízi medencéivel: Bokros, rövid levelű Keleti Joshua fák (Yucca brevifolia jaegeriana) és fás, hosszú levelű nyugati Joshua fák (Y. b. brevifolia). A kettő annyira különbözik egymástól, a tudósok még a Yucca brevifolias két fajra történő felosztását is szorgalmazták. De milyen evolúciós ok felelős ezért az eltérésért?
Smith szerint ez a “több millió dolláros kérdés.”
a lepkék tarthatják a választ. Az ökológusok régóta úgy vélték, hogy a yucca lepke egyik faja (Tegeticula synthetica) mindkét fajta Joshua fát beporozza. De 2003-ban egy tudóscsoport felfedezte, hogy egy genetikailag különálló yucca lepke (T. antithetica) kizárólag a keleti fákat beporozza. Mint maguk a Joshua fák, ez a lepke rövidebb volt, mint nyugati társa. Még ennél is hátborzongatóbb, hogy a két fafajta között a stigma és a petesejt közötti távolság különbsége megegyezett a két lepke testméretének, a fejtől a hasig terjedő különbséggel.
“azt gondoltam:” ez nem lehet véletlen ” – mondja Smith.
annak megállapítására, hogy az együttfejlődés okozta-e ezt a gyanús speciációt, Smith 2013-ban és 2014-ben egy kutatócsoportot vezetett, hogy morfológiai adatokat gyűjtsön azon a helyen, ahol a két Joshua-fa és a hozzájuk tartozó lepkék harmóniában élnek: a Tikaboo-völgyben.
Smith és csapata megfigyelte, hogy a yucca lepkék hatékonyabban rakják le petéiket a megfelelő Joshua fákba, a Joshua fák pedig több helyet biztosítanak a petéknek, amikor a kedvelt lepke beporozza őket. Smith előzetes eredményei azt is mutatják, hogy a lepkék sikeresebben szaporodnak, ha testméretük megegyezik a szár méretével a virág megbélyegzése és a petefészek között, amelyet stílusnak neveznek.
bár a lepkék beporozzák azokat a virágokat, amelyek stílusa túl hosszú, szinte soha nem rakják le sikeresen a hernyókba kikelő tojásokat. Ha a stílusok túl rövidek, a lepkék károsíthatják a virágokat ovipositorukkal.
Smith rámutat, hogy ezek a megfelelések nem feltétlenül bizonyítják az együttfejlődést. A Joshua-fák fejlődhetnek valamilyen reakcióra a természetes környezetükben, a lepkék pedig reagálhatnak, ami az evolúciót mutatja, mivel az egyik faj a környezeti stresszre reagálva változik (majd a másik az első faj rezonálására reagálva fejlődik)—de nem együttfejlődés, ahol mindkét faj kölcsönösen változik egymásra válaszul.
a véletlenszerűség lehetőségének kiküszöbölése érdekében Smith most azt tervezi, hogy feltérképezi a Joshua fák genomját A Joshua Tree Genome Project nevű együttműködésen keresztül, amelyet tavaly márciusban indított el Smith és hat másik tudós, és amelyet az élő sivatag crowdsourcing és támogatás kombinációjával finanszírozott. Smith kutatásán kívül a projekt egyik elsődleges célja azon gének azonosítása, amelyek részt vesznek a Joshua-fa éghajlathoz való alkalmazkodásában az elkövetkező éghajlati válság megtervezése érdekében.
miután megszerezte a két Joshua-fa genomját, Smith összehasonlítja őket a jól tanulmányozott növények genomjával, hogy meghatározza, mely gének felelnek meg a virág morfológiájának, az ág hosszának és más jellemzőknek. Innen összehasonlíthatja a Joshua-fák két fajának genomját, és meghatározhatja az alléljaik közötti átlagos eltérést—sthat, az evolúció miatti variáció. Azok a gének, amelyek drámai eltérést mutatnak ehhez az alapvonalhoz képest, a természetes szelekció szempontjából vannak megjelölve.
ennek a stratégiának kulcsfontosságú része lehet a yucca lepkékkel való kapcsolata. A kutatások már kimutatták, hogy a yucca lepkék genomjában az ovipositor hosszának és testméretének különbsége kifejezettebb, ami arra utal, hogy a természetes szelekció vezette az eltérést. Smith reméli, hogy ugyanezt megtalálja a Joshua tree flowers morfológiájában is.
Racing az óra
de lehet, hogy fogy az idő. A Joshua fákat kritikusan fenyegeti a klímaváltozás: mivel a melegedő éghajlat értékes vizet párolog el a talajból, és az eső gyakorisága csökken, a Joshua tree palánták kevésbé valószínű, hogy túlélik a szárazság hosszabb időszakát, mint a teljes kifejlett társaik.
“sokszor, amikor az emberek egy olyan helyre néznek, mint a Joshua Tree Nemzeti Park, ahol sok érett fát látnak, azt gondolják, hogy egészségesnek tűnik” – mondja Cameron Barrows, a Kaliforniai Egyetem Természetvédelmi Biológiai Központjának ökológusa. “De ha nem látod a fiatal egyedeket, az azt jelenti, hogy a faj nem helyettesíti önmagát.”
ahogy egyre kevesebb Joshua fa csemete marad életben és éretté válik, a populáció csökken, és így a sivatag sokszínűsége is. Mivel a Joshua fa egy kulcstartó faj a Mojave-ban, számos különböző rovar, gyík és madár elveszíti fontos élőhelyforrásait az ágakban, azokon és alatt.
Barrows éghajlati modelljei szerint a Mojave-sivatag A Joshua fák akár 90 százalékát is elveszítheti a század vége előtt. Még a legrosszabb esetben is vannak olyan helyek, amelyeket “refugia” – nak neveznek, ahol a Joshua fák terjedhetnek és virágozhatnak – ha távol maradnak az invazív gyomoktól és a tűzvészektől -, de a tartomány jelentősen csökken.
mint sok organizmus, A Joshua fák is vándorolnak, válaszul az élőhelyek felmelegedésére azáltal, hogy magjaikat északabbra dobják. Jelenleg a palánták 100 méteren belül nőnek az anyanövényektől; annak érdekében, hogy elérjék a túléléshez elég hűvös területeket, több ezer mérföldet kell mozgatniuk. A Joshua tree magjai még nem bizonyították, hogy képesek ilyen gyorsan terjedni.
talán még lényegesebb, sem yucca lepkék. “Fogalmunk sincs, hogy a yucca lepke hogyan reagálhat a több ezer mérföldes északi mozgásra” – ismeri el Smith. A yucca lepke rövid élettartama és a Joshua fákkal való rövid interakció miatt nehéz tanulmányozni, hogyan reagálnak a környezetük ilyen változásaira. Egyetlen beporzójuk nélkül A Joshua fák elpusztulnak, függetlenül attól, hogy magjaik képesek-e megtenni az utat.
ezeknek a szimbiotikus kapcsolatoknak a megértése még fontosabbá válik az éghajlatváltozásra reagáló stratégiák kidolgozásakor. Egyes tudósok az éghajlatváltozás által fenyegetett fizikailag mozgó fajokat javasoltak, de ez megzavarhatja a még nem teljesen ismert rendszereket.
“a természetvédelmi biológusok gyakran statikusnak gondolják a tömegközösségeket” – mondja Smith. “A természetvédelmi stratégiák kidolgozása során nemcsak arra kell gondolnunk, hogy milyen a mai rendszer, hanem arra is, hogy a rendszer hogyan fog változni a jövőben a világ változására reagálva.”
egy dolog biztos: A Joshua fa elvesztése drasztikusan megváltoztatná a Mojave-sivatag képét a kollektív tudatban. Most ezeknek a fáknak a sorsa—és az a képességünk, hogy megvédjük őket—egy apró szürke lepke szájrészeiben nyugszik.