rośliny kwitnące pojawiają się w zapisie kopalnym około 100 milionów lat temu, a mimo to stanowią 90 procent królestwa roślin. Tymczasem około 75 procent znanych gatunków zwierząt to owady. W początkach gatunków Karol Darwin przedstawił wyjaśnienie tej oszałamiającej różnorodności: zapylanie. Rośliny i ich owady zapylające, jak przypuszczał, muszą ewoluować w połączeniu ze sobą w procesie, który wymyślił „koewolucję”, dopóki nie zakwitną w olśniewającą gamę form.
ale w rozległym świecie roślin i ich zapylaczy był jeden przykład, który Darwin uznał za „najwspanialszy przypadek zapłodnienia, jaki kiedykolwiek opublikowano” w liście do botanika Josepha Daltona Hookera. To był ciekawy przypadek drzewa Jozuego i Ćmy juki.
zaczniemy od drzewa Jozuego, najbardziej kultowej rośliny na pustyni Mojave. Z kolczastymi liśćmi i kępkami zwieńczonymi ostrymi, woskowymi kwiatami skręcającymi się w kierunku pustynnego nieba, ten przystosowany do pustyni krzew ma reputację nieziemskiego. Każdy, kto przechodzi przez pustynię, pamięta majestatyczne drzewo Jozuego; jego imiennik zainspirował artystów, filmowców i wielu podróżników w poszukiwaniu transcendencji.
jednak niewielu podróżników poetrycznie opowiada o swoim ewolucyjnym partnerze, ćmie juki. Mały Dun bug jest początkowo skromny, ale po bliższym przyjrzeniu się jest równie pozaziemskim odpowiednikiem kultowego drzewa Jozuego. Zamiast zwykłego ustnika, ma dziwaczne, podobne do macek liście, które są unikalne wśród owadów – i służą zasadniczemu celowi w ekosystemie pustynnym.
bez nektaru, aby przyciągnąć zapylaczy, drzewa Jozuego polegają wyłącznie na tej skromnej ćmie do zapylania. Ćmy Yucca używają swoich zręcznych przydatków szczękowych do zbierania pyłku z kwiatów drzewa Jozuego i osadzania go na żeńskich częściach każdego kwiatu, gdy ćma porusza się między kwiatami. Z kolei ćma składa jaja swoim cienkim, podobnym do ostrza jajowodem na nasionach kwiatów.
kiedy się wykluwają, gąsienice ćmy juki jedzą nasiona—ich jedyne źródło pożywienia—zanim czołgają się do ziemi, tworząc kokony. I cykl zaczyna się od nowa.
według Christophera Smitha, biologa z Willamette University, który bada związki zapylaczy, związek między ćmami juki a drzewami Jozuego jest niepodobny do niczego innego w świecie przyrody. Powinien wiedzieć: Smith od dawna badał różnorodne relacje między owadami i roślinami na pustyni. Jego wcześniejsze badania koncentrowały się na chrząszczach kaktusowatych i kolczastych gatunkach roślin, z którymi oddziałują na całej pustyni Sonora. Ale nic, mówi, nie porównuje się do drzewa Jozuego i Ćmy juki.
Większość zapylaczy przypadkowo pomaga roślinom, które zapylają. Pszczoły i ptaki będą szczotkować pyłek podczas żerowania na nektarze kwiatu, rozprzestrzeniając go z rośliny na roślinę, gdy kontynuują dzień święta. Nie ćmy yucca: ponieważ ich gąsienice zależą od dalszego istnienia drzew Jozuego i ich smacznych nasion, zapylanie ćmy juki jest czynnym aktem przetrwania. Ponadto partnerstwo to trwa od milionów lat.
Joshua trees nie tylko dostarczają inspiracji artystycznej: tworzą niezbędne wsparcie środowiskowe dla bezkompromisowego ekosystemu pustynnego. Te ohydnie piękne krzewy zapewniają pożywienie i schronienie dla zwierząt w zaroślach Mojave, gdzie zasoby są notorycznie rzadkie. Wiosną jej kwiaty są jednym z niewielu źródeł mokrego pokarmu dostępnych dla owadów, kruków i wiewiórek naziemnych.
jednak dziś ich długowieczne partnerstwo może być zagrożone rozpadem, ponieważ naturalne środowisko drzewa Jozuego staje w obliczu nowych zagrożeń.
prawo ćmy do pracy
istnieją dwa różne rodzaje drzew Jozuego, podzielone przez niskie śródlądowe baseny Doliny Śmierci i pustyni Amargosa: krzaczaste, krótkolistne Wschodnie drzewa Jozuego (Yucca brevifolia jaegeriana) i arborealne, długolistne Zachodnie drzewa Jozuego (Y. B. brevifolia). Oba są tak różne, że naukowcy opowiadali się nawet za podzieleniem yucca brevifolias na dwa gatunki. Ale jaki rozum ewolucyjny jest odpowiedzialny za tę rozbieżność?
to, mówi Smith, jest ” wielomilionowe pytanie.”
Ekolodzy długo uważali, że jeden gatunek ćmy juki (tegeticula synthetica) zapyla oba rodzaje drzew Jozuego. Ale w 2003 roku zespół naukowców odkrył, że genetycznie odrębna ćma juki (T. antithetica) zapyla wyłącznie Wschodnie drzewa. Podobnie jak same drzewa Jozuego, ćma ta była krótsza niż jej Zachodni odpowiednik. Co bardziej dziwne, różnica w odległości między piętnem a owulą między dwoma rodzajami drzew była taka sama jak różnica w wielkości ciała, od głowy do brzucha, między dwoma ćmami.
aby ustalić, czy współewolucja doprowadziła do tej podejrzanej specjacji, Smith poprowadził zespół naukowców obywatelskich w 2013 i 2014 roku, aby zebrać dane morfologiczne w jednym miejscu, w którym dwa gatunki drzew Jozuego i odpowiadające im ćmy żyją w harmonii: Dolinie Tikaboo.
Smith i jego zespół zaobserwowali, że ćmy yucca składają jaja bardziej efektywnie w odpowiednich drzewach Jozuego, a drzewa Jozuego z kolei zapewniają więcej miejsca dla jaj po zapyleniu przez preferowaną ćmę. Wstępne wyniki Smitha pokazują również, że ćmy bardziej skutecznie rozmnażają się, gdy ich rozmiar ciała odpowiada rozmiarowi łodygi między piętnem kwiatu a jajnikiem, znanym jako styl.
chociaż ćmy zapylają kwiaty, których styl jest zbyt długi, prawie nigdy z powodzeniem nie składają jaj, które wykluwają się z gąsienic. Gdy style są zbyt krótkie, ćmy mogą uszkodzić kwiaty za pomocą ovipositora.
Smith zwraca uwagę, że te korespondencje niekoniecznie dowodzą koewolucji. Drzewa Jozuego mogą ewoluować w reakcji na coś w swoim naturalnym środowisku, a ćmy mogą reagować, co pokazuje ewolucję, gdy jeden gatunek zmienia się w odpowiedzi na stresy środowiskowe (a drugi ewoluuje w odpowiedzi na rezonans pierwszego gatunku)—ale nie koewolucję, gdzie oba gatunki zmieniają się wzajemnie w odpowiedzi na siebie nawzajem.
aby usunąć potencjał przypadkowości, Smith planuje teraz zmapować Genom drzew Joshua poprzez współpracę o nazwie Joshua Tree Genome Project, rozpoczętą w marcu przez Smitha i sześciu innych naukowców i finansowaną przez połączenie crowdsourcingu i wsparcia z żywej pustyni. Oprócz badań Smitha, jednym z głównych celów projektu jest zidentyfikowanie genów, które są zaangażowane w adaptację drzewa Joshua tree do klimatu w celu zaplanowania nadchodzącego kryzysu klimatycznego.
po uzyskaniu genomów Dwóch Drzew Jozuego Smith porównuje je z genomami dobrze zbadanych roślin, aby określić, które geny odpowiadają morfologii kwiatów, długości gałęzi i innym cechom. Stamtąd może porównać genomy dwóch gatunków drzew Jozuego i określić średnią zmienność między ich allelami – sthat jest, zmienność spowodowana ewolucją. Geny, które wykazują dramatyczną zmienność w porównaniu do tej linii bazowej są oznaczone dla doboru naturalnego.
kluczową częścią tej strategii może być jej związek z ćmami juki. Badania pokazują już, że różnice w długości owipositora i wielkości ciała w genomach ćmy juki są bardziej wyraźne, co sugeruje, że selekcja naturalna doprowadziła do rozbieżności. Smith ma nadzieję znaleźć to samo dla morfologii kwiatów drzewa Jozuego.
Wyścigi zegara
ale czas może się kończyć. Drzewa Jozuego są krytycznie zagrożone zmianami klimatycznymi: w miarę jak ocieplający się klimat wyparowuje z gleby cenną wodę, a częstotliwość opadów spada, sadzonki drzewa Joshua są mniej narażone na przetrwanie przedłużających się sezonów suszy niż ich w pełni uprawiane odpowiedniki.
„wiele razy, gdy ludzie patrzą na miejsce takie jak Park Narodowy Joshua Tree, gdzie widać wiele dojrzałych drzew, myślą, że wygląda to zdrowo”, mówi Cameron Barrows, ekolog Z Center for Conservation Biology na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside. „Ale jeśli nie widzisz młodych, oznacza to, że gatunek nie zastępuje się sam.”
w miarę jak mniej sadzonek drzewa Jozuego przeżywa i dojrzewa, populacja maleje, podobnie jak różnorodność pustyni. Ponieważ drzewo Jozuego jest gatunkiem zwornikiem w Mojave, wiele różnych owadów, jaszczurek i ptaków straci ważne źródła siedliska w, na I pod swoimi gałęziami.
zgodnie z modelami klimatycznymi Barrowsa, pustynia Mojave może stracić do 90 procent drzew Jozuego przed końcem wieku. Nawet w najgorszych scenariuszach są miejsca, w których kurki nazywają się „refugia”, gdzie drzewa Jozuego mogą się rozmnażać i rozwijać – jeśli nie będą narażone na inwazyjne chwasty i pożary – ale zasięg znacznie się kurczy.
podobnie jak wiele organizmów, drzewa Jozuego migrują w odpowiedzi na ocieplenie ich siedlisk, upuszczając nasiona dalej na północ. W tej chwili sadzonki rosną w odległości 100 metrów od swoich roślin rodzicielskich; aby dotrzeć do obszarów na tyle chłodnych, aby przetrwać, mogą potrzebować przebyć tysiące mil. Nasiona drzewa Jozuego nie wykazywały jeszcze zdolności do tak szybkiego rozprzestrzeniania się.
chyba bardziej zasadniczo, ani ćmy juki. „Nie mamy pojęcia, jak ćma yucca może zareagować na przemieszczanie się tysięcy mil na północ”, przyznaje Smith. Ze względu na krótką żywotność ćmy yucca i krótką interakcję z drzewami Jozuego, trudno jest zbadać, jak zareagują na takie zmiany w ich środowiskach. Bez ich wyłącznych zapylaczy, drzewa Jozuego zginą niezależnie od tego, czy ich nasiona mogą odbyć podróż.
zrozumienie tych symbiotycznych relacji staje się jeszcze bardziej istotne przy opracowywaniu strategii reagowania na zmiany klimatu. Niektórzy naukowcy sugerują fizyczne przemieszczanie się Gatunków Zagrożonych zmianą klimatu, ale może to zakłócić systemy, które nie są jeszcze w pełni zrozumiałe.
„często biolodzy ochrony przyrody uważają zbiorowiska masowe za statyczne” – mówi Smith. „Opracowując strategie ochrony przyrody, musimy myśleć nie tylko o tym, jaki jest obecny system, ale także o tym, jak system zmieni się w przyszłości w odpowiedzi na zmieniające się zmiany na świecie.”
jedno jest pewne: utrata drzewa Jozuego drastycznie zmieni obraz Pustyni Mojave w zbiorowej świadomości. Teraz los tych drzew—i nasza zdolność do ich obrony-spoczywa w pyszczkach maleńkiej szarej ćmy.