木とそのがモハーベ砂漠をどのように形作ったか| 科学| スミソニアン - 記事、科学

顕花植物は、約1億年前の化石記録にしか現れていませんが、植物界の90％を占めています。一方、既知の動物種の約75％は昆虫です。 Origin of Speciesで 、チャールズダーウィンはこの驚くべき多様性について説明しました：受粉。彼は、植物とその昆虫の授粉者は、見事な形に咲くまで「共進化」を生み出したプロセスで互いに協力して進化しなければならないと彼は推測した。

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しかし、植物とその授粉者の広大な世界では、ダーウィンが植物学者ジョセフ・ダルトン・フッカーへの手紙で「これまでに出版された最も素晴らしい受精の事例」とみなした1つの例がありました。これは、ジョシュアツリーとユッカガの奇妙な事例でした。

モハーベ砂漠の最も象徴的な植物であるジョシュアツリーから始めます。砂漠の空に向かってねじれた刺激性のワックス状の花で覆われたとげのある葉とクラブ状の房で、この砂漠に適応した低木は、異世界の評判を持っています。砂漠を通過する誰もが、雄大なジョシュアツリーを覚えています。その名の由来は、アーティスト、映画製作者、そして超越を求めて多くの滞在者に影響を与えました。

しかし、その進化のパートナーであるユッカガについて詩的な旅行者はほとんどいません。小さい、ダンのバグは最初は控えめですが、よく調べてみると、象徴的なジョシュアツリーと同様に地球外の一致です。通常のマウスピースの代わりに、奇妙で触手のような葉状体があり、そのようなものは昆虫の中で独特であり、砂漠の生態系で重要な目的を果たします。

受粉者を引き付けるための蜜がなければ、ジョシュアの木は受粉のためにこの控えめなだけに依存しています。ユッカガは器用な顎付属器を使用して、ジョシュアツリーの花から花粉を収集し、eachが花の間を移動するときに各花の雌の部分にそれを置きます。次に、は彼女の卵を花の種子の上に薄く、刃のような産卵管で産みます。

hatch化すると、ユッカガの幼虫は種を食べて（唯一の食料源）、地面にcってbeforeを形成します。そして、サイクルが再び始まります。

花粉媒介者の関係を研究しているウィラメット大学の生物学者であるクリストファー・スミスによると、ユッカガとジョシュアツリーの関係は自然界の他のどのようなものとも異なります。彼は知っておくべきです：スミスは砂漠の昆虫と植物の多様な関係を長い間研究してきました。彼の以前の研究は、サボテン長角虫とそれらがソノラ砂漠全体で相互作用するとげのある植物種に焦点を当てていました。しかし、ジョシュアツリーとユッカガに匹敵するものは何もないと彼は言う。

ほとんどの受粉者は、受粉する植物を偶然に助けます。ミツバチや鳥は、花の蜜を食べながら花粉を払い、1日のごちそうを続けると、植物から植物へと花粉を広げます。ユッカガではありません。彼らの毛虫は、ジョシュアの木とそのおいしい種子の継続的な存在に依存しているため、ユッカガの受粉は生存の積極的な行為です。さらに、このパートナーシップは何百万年も続いています。

ジョシュアツリーは、芸術的なインスピレーションを提供するだけではありません。妥協のない砂漠の生態系に不可欠な環境サポートを提供します。これらの恐ろしく美しい低木は、資源が悪名高い悪名高いモハーベ低木地の動物に食料と避難所を提供します。春の間、その花は昆虫、ワタリガラス、および地上リスに利用できる唯一のウェットフードのソースの1つです。

しかし、今日では、ジョシュアツリーの自然の生息地が新たな脅威に直面しているため、彼らの長寿命のパートナーシップは崩壊の危険にさらされている可能性があります。

目立たないように見えるユッカガは、数百万年前に遡る進化的パートナーシップの半分です。（ウィル（タッド）コール）

仕事にふさわしいmoth

ジョシュアの木には、デスバレーとアマーゴサ砂漠の低内陸盆地で分けられた2種類の明確な種類があります。ブレビフォリア）。この2つは非常に異なっており、科学者はユッカブレビフォリアを2つの種に分割することさえ主張しています。しかし、どのような進化的理由がこの分岐の原因なのでしょうか？

スミスは、「数百万ドルの問題」だと言います。

Moが答えを保持する場合があります。エコロジストは、ユッカガ（Tegeticula synthetica）の1種が両方の種類のジョシュアツリーに受粉すると長い間信じていました。しかし、2003年、科学者チームは、遺伝的に異なるユッカガ（T. antithetica）が東部の木のみに受粉することを発見しました。ジョシュアの木自体のように、このは西部のcounterpartよりも短かった。さらに不気味なことに、2つのツリータイプ間の柱頭と胚珠の距離の違いは、2つのmothの体の大きさ、腹部から頭の違いと同じでした。

「私は『それは偶然ではない』と思った」とスミスは言います。

共進化がこの疑わしい種分化を引き起こしたかどうかを判断するために、スミスは2013年と2014年に市民科学者チームを率いて、ジョシュアの木の2種とそれに対応するが調和して生息する1つの場所で形態データを収集しました：ティカブーバレー。

スミスと彼のチームは、ユッカのsが対応するジョシュアツリーに卵をより効率的に堆積させ、ジョシュアツリーが好みのに受粉されると卵のためにより多くのスペースを提供することを観察しました。スミスの予備的な結果は、体の大きさが花の柱頭と子房の間の茎の大きさ、つまりスタイルとして知られているときに、ガがよりうまく繁殖することも示しています。

は長すぎる花を受粉しますが、毛虫にhatch化する卵を産むことはほとんどありません。スタイルが短すぎると、は産卵管で花を傷つける可能性があります。

スミスは、これらの通信が必ずしも共進化を証明するとは限らないと指摘します。ジョシュアツリーは自然環境の何かに反応して進化する可能性があり、が応答する可能性があります。これは、環境ストレスに応じて1つの種が変化する（そして最初の種の共鳴に応じて他の種が進化する）ため、進化を示しています—共進化ではなく、両方の種が相互に応答して相互に変化します。

ランダム性の可能性を排除するため、スミスは現在、ジョシュアツリーゲノムプロジェクトと呼ばれる共同作業を通じてジョシュアツリーのゲノムをマッピングし、スミスと他の6人の科学者によって昨年3月に立ち上げ、クラウドソーシングとリビングデザートからの支援の組み合わせにより資金を提供する計画を立てています。スミスの研究とは別に、このプロジェクトの主な目標の1つは、ジョシュアツリーの気候への適応に関与する遺伝子を特定し、今後の気候危機を計画することです。

2本のジョシュアツリーのゲノムを取得したら、スミスはそれらをよく研究された植物のゲノムと比較して、どの遺伝子が花の形態、枝の長さ、およびその他の特性に対応するかを判断します。そこから、ジョシュアツリーの2つの種のゲノムを比較し、それらの対立遺伝子間の平均変動、つまり進化による変動を特定できます。このベースラインと比較して劇的な変化を示す遺伝子は、自然選択のマークが付けられています。

その戦略の重要な部分は、ユッカガとの関係にあるかもしれません。研究はすでに、ユッカガのゲノムにおける産卵管の長さと体の大きさの違いがより顕著であることを実証しており、自然選択が食い違いを引き起こしたことを示唆しています。スミスは、ジョシュアツリーの花の形態についても同じことを期待しています。

スミスと彼のチームは、ユッカガを収集して形態を研究します。（クリストファー・スミス）

時計のレース

しかし、時間が不足している可能性があります。ジョシュアの木は気候変動によって重大な脅威にさらされています。温暖化する気候が貴重な水を土壌から蒸発させ、雨の頻度が減るにつれて、ジョシュアの木の苗木は完全に成長したものよりも長期にわたる干ばつに耐えられなくなります。

「多くの場合、人々はジョシュアツリー国立公園のような場所で多くの成熟した木を見ますが、彼らは健康に見えると思います」と、カリフォルニア大学の保存生物学センターの生態学者であるキャメロンバロウズは言います。リバーサイド。「しかし、もしあなたが幼魚を見ていなければ、それは種がそれ自体を置き換えていないことを意味します。」

ジョシュアツリーの苗が生き残り、成熟するにつれて、人口は減少し、砂漠の多様性も減少します。ジョシュアツリーはモハーベの重要な種であるため、さまざまな昆虫、トカゲ、鳥は、枝の中、上、下で重要な生息地を失います。

バロウズの気候モデルによると、モハベ砂漠は世紀の終わりまでにジョシュアの木の最大90％を失う可能性がありました。最悪のシナリオであっても、バロウズが「refugia」と呼ぶスポットがあり、そこではジョシュアの木が繁殖し、繁殖することができます-侵略的な雑草や山火事を避ければ-範囲はかなり縮小しています。

多くの生物と同様に、ジョシュアの木は種をさらに北に落とすことで生息地の温暖化に対応して移動しています。現在、苗は親植物から100メートル以内で成長しています。生き残るために十分に涼しい地域に到達するために、彼らは何千マイルも移動する必要があるかもしれません。ジョシュアツリーの種子は、それほど早く広がる能力をまだ実証していません。

おそらくより本質的には、どちらもユッカガを持っていません。「ユッカガが何千マイルも北に移動した場合にどのように反応するかはわかりません」とスミスは認めます。ユッカガの短い寿命とジョシュアツリーとの短い相互作用のため、環境のそのような変化にどのように反応するかを研究することは困難です。彼らの唯一の受粉者がいなければ、彼らの種が旅をすることができるかどうかに関係なく、ジョシュアの木は滅びます。

これらの共生関係を理解することは、気候変動に対応するための戦略を開発する際にさらに重要になります。一部の科学者は、気候変動の脅威にさらされている物理的に動いている種を示唆していますが、これはまだ完全には理解されていないシステムを混乱させる可能性があります。

「多くの場合、保全生物学者は大衆コミュニティを静的なものと考えています」とスミスは言います。「保全戦略を立てる際には、今日のようなシステムだけでなく、世界の変化に対応してシステムが将来どのように変化するかを考える必要があります。」

1つ確かなことは、ジョシュアツリーが失われると、集団意識におけるモハーベ砂漠のイメージが大きく変わることです。今、これらの木の運命、そしてそれらを守る私たちの能力は、小さな灰色のofの口の中にあります。