Деревья Джошуа сталкиваются с климатической угрозой, несмотря на адаптацию к жаре, говорится в исследовании

Хотя может показаться нелогичным, но растения и животные, обитающие в пустынях и хорошо адаптированные к жарким и сухим условиям, всё равно находятся под угрозой из-за повышения температуры, засухи и других экстремальных явлений, вызванных изменением климата. Группа исследователей, включая доцента кафедры экологии и эволюционной биологии Университета Коннектикута (UConn) Каролину Хейдук, работает над тем, чтобы понять, насколько эти растения могут реагировать на изменение климата. Их выводы опубликованы в издании New Phytologist.

Деревья Джошуа: распределение и угроза сокращения популяции

Деревья Джошуа произрастают в пустыне Мохаве на юго-западе Соединённых Штатов, и они могут расти только в пределах своего существующего ареала, который, по словам Хейдук, сокращается. Например, исследователи сообщают, что видят всё меньше молодых деревьев Джошуа, что указывает на то, что что-то влияет на их способность выживать.

Исследование различий между популяциями деревьев Джошуа

Чтобы найти потенциальные различия между популяциями деревьев Джошуа, исследователи создали несколько испытательных садовых участков, где они выращивали саженцы растений обоих видов: Yucca brevifolia и Yucca jaegeriana, из разных мест их распространения. По мере роста саженцев исследователи измеряли их прогресс, включая физиологические и генетические характеристики. Хейдук говорит, что они сделали удивительное открытие, которое может помочь деревьям Джошуа адаптироваться к потеплению климата.

Важный аспект фотосинтеза

Команда обнаружила важный аспект фотосинтеза. Большинство растений фотосинтезируют днём, когда доступен солнечный свет, который позволяет растению поглощать CO₂ и преобразовывать его в сахара. Растения поглощают CO₂ через небольшие отверстия в своих листьях, и, пока эти отверстия открыты, они также теряют некоторое количество влаги.

Хейдук говорит, что некоторые растения, растущие в засушливых условиях, эволюционировали и выработали процесс, называемый CAM-фотосинтезом, чтобы поглощать CO₂ ночью, чтобы они могли накапливать его до дневного времени, когда энергия солнца снова может запустить фотосинтез.

«Мы как бы наткнулись на мысль, что деревья Джошуа могут использовать CAM-фотосинтез, и мы решили выяснить, насколько они это делают и насколько вариативен этот фенотип в разных популяциях», — говорит Хейдук.

Значение открытия

Обнаружение доказательств CAM-фотосинтеза у деревьев Джошуа — это отличная новость, говорит Хейдук, поскольку это может помочь растениям переносить потепление климата в пределах их ареала. Исследователи изучили генетические различия между отдельными растениями, выращивая их в одинаковых условиях окружающей среды. Кроме того, исследователи обнаружили различия в физиологии между двумя видами деревьев Джошуа в том, как они перерабатывают углерод и азот.

«Мы объединяем множество областей биологии. Мы измерили множество физиологических характеристик, но также изучили экспрессию генов этих растений в садах и накопление метаболитов, которые производят растения», — говорит Хейдук.

«Наука, которой мы занимаемся, — это отличный пример совместных исследований, которые объединяют исследователей из таких университетов, как UConn, исследователей из преимущественно undergraduate университетов, которые привозят своих студентов в поле, а также федеральных учёных. Мы не смогли бы сделать эту работу без такой совместной команды».

Адаптация деревьев Джошуа к изменению климата

Этот совместный и всесторонний подход означает, что у команды больше уверенности в том, что различия обусловлены генетикой или генотипами в разных контекстах, и они соответствуют тому, что они ожидали бы наблюдать, называемому фенотипами, в деревьях.

«Это также помогает нам подтвердить использование CAM-фотосинтеза. Мы видим, например, что гены, которые, как мы знаем, участвуют в CAM-фотосинтезе, были экспрессированы в то время, когда мы думали, что они должны быть, так что это ещё один способ проверить наши фенотипы и выяснить, почему эти фенотипы вообще появляются», — говорит Хейдук.

Исследователи проводят дополнительные исследования, чтобы лучше понять CAM-фотосинтез, который они наблюдали, а также ответить на дополнительные вопросы о деревьях Джошуа.

Будущие исследования

Одной из загадок всегда был вопрос: почему эти два вида выживают? Есть различия в их опылителях и структуре цветов в ответ на опылителей, но есть и гибриды. В будущей работе мы изучим, являются ли физиологические различия также причиной того, что эти виды продолжают существовать как отдельные сущности, — говорит Хейдук.

Поскольку климат продолжает теплеть, подобные исследования станут всё более важными, чтобы понять, как эти экосистемы будут реагировать. Хейдук говорит, что удивительное биоразнообразие пустыни часто упускается из виду, потому что люди предполагают, что там ничего не растёт и никто не живёт, что совсем не так.

«Мы не уделяем пустынным видам столько внимания, сколько другим экосистемам. Я думаю, отчасти это потому, что мы думаем, что они уже адаптированы к сверхжаркой среде и с ними всё будет в порядке», — говорит Хейдук. «Однако пустыни становятся всё жарче, и особенно растут ночные температуры».

Адаптация деревьев Джошуа: сложности изучения

Ещё одним сложным элементом изучения адаптации деревьев Джошуа является тот факт, что они живут очень долго. Хейдук отмечает, что некоторые деревья сегодня могли пережить всю промышленную революцию в течение своей жизни, включая климатические изменения, которые она принесла.

Текущие исследования команды более подробно рассматривают вопрос о ночных температурах. Текущий проект включает выращивание саженцев в контролируемых условиях, чтобы исследователи могли измерить, как растения реагируют, чтобы увидеть, является ли этот новый стрессор причиной отсутствия саженцев, отмеченного исследователями.

«То, что испытывают сегодняшние саженцы, будет сильно отличаться от того, что они могут испытать через 100 лет, когда они станут взрослыми растениями», — говорит Хейдук. «Нам нужно понять, как они отреагируют на эти изменения».

Предоставлено:
[University of Connecticut](https://phys.org/partners/university-of-connecticut/)

Источник