Californiens tørre områder er hotspots for plantediversitet

Den første "big data" analyse af Californiens oprindelige planter, ved hjælp af digitaliseret information fra mere end 22 herbarier og botaniske haver rundt om i staten, giver nogle overraskelser om et af de mest grundigt undersøgte og unikke områder i landet.

For en, statens tørre områder, inklusive ørkener som Death Valley, er brændpunkter for at skabe nye plantearter og give tilflugtssted for ældre planter, der er forsvundet andre steder.

Målet med undersøgelsen var at lokalisere steder med et højt antal endemiske planter - dem med meget små udbredelser - for at prioritere Californiens bevaringsindsats, når menneskelig udvikling griber ind i vilde områder. Ved at bruge information om familieforhold mellem alle arter på et givet sted, forskerne var i stand til at skelne mellem områder, hvor planter er endemiske, fordi de for nylig opstod der - det der kaldes neoendemisme - i modsætning til planter, der er de sidste rester af deres art, såkaldt palæoendemisme.

"Den ene er en vuggestue, en klynge af nye slægter, mens den anden er et plejehjem, en klynge af ældre slægter, " sagde postdoc Andrew Thornhill, hovedforfatteren af ​​undersøgelsen. "De er begge værdifulde, men af ​​forskellige årsager. I ønsker at beskytte centre, hvor det ser ud som om ny mangfoldighed er og er ved at opstå, og man vil også beskytte steder, hvor ældre mangfoldighed har fundet et tilflugtssted og formået at overleve. Begge giver en genetisk forsikring for, hvad der kan ske i fremtiden; jo mere genetisk diversitet, der er bevaret nu, jo større chance for, at der bliver holdt noget, der vil være i stand til at klare, hvad der sker i fremtiden."

Ildevarslende, disse tørre områder, såsom Antilope Valley, er også hotspots for udvikling af solenergi. At installere solcelleanlæg, virksomheder bulldoser planterne og sprøjter herbicider for at forhindre dem i at vende tilbage.

"Disse områder er truet, fordi det er der, de ønsker at generere solenergi, omdannelse af grunden til en ledig grund. Mange mennesker har det fejlagtige indtryk, at ørkenen er et livløst sted, " sagde Brent Mishler, professor i integrativ biologi, senior fellow ved Berkeley Institute for Data Science og seniorforfatter af undersøgelsen, som blev offentliggjort i oktober i tidsskriftet BMC Biologi .

Ikke overraskende, det nordvestlige Californien er fyldt med endemiske planter, både nyt og gammelt, forbundet med de kystnære redwood-skove. Også som forventet, sydøstlige Californien og statens Colorado/Sonoran -ørken viste sig at være hotspots for oprindelsen af ​​nye planter og plejehjem til gamle.

Men den største overraskelse var, at de fleste områder med den højeste planteendemi er tørre. Det omfatter ikke kun Death Valley og den nordlige og østlige Mojave-ørken, men også White-Inyo Range øst for Sierra Nevada og de sydlige Kanaløer (San Clemente og Santa Catalina). Dette kan skyldes, at disse steder har flere ufyldte økologiske nicher for planter at flytte ind i, finde tilflugt, og i nogle tilfælde udvikler sig til at danne nye arter, sagde Mishler.

På den anden side, nogle områder, der tidligere blev anset for at være brændpunkter for endemisme - San Gabriel og San Bernardino bjergene, for eksempel, og de nordlige Kanaløer - var kun omkring gennemsnittet.

Medforfatter Bruce Baldwin, en professor i integrativ biologi og hovedredaktør af både The Jepson Desert Manual (2002) og anden udgave af The Jepson Manual:Vascular Plants of California (2012), bemærkede, at den afdøde UC Berkeley og UC Davis botaniker Ledyard Stebbins udpegede tørre områder som potentielle steder for udvikling af ny biodiversitet, dels fordi de giver forskellige miljømæssige udfordringer, som kan blive mødt af en lang række potentielle tilpasninger.

"Ekspanderende ørkener giver økologiske muligheder, hvilket betyder ikke kun nye levesteder, men også levesteder, der er blevet forladt af ting, der blev udslettet eller drevet til udryddelse af ændret klima, " sagde Baldwin.

For at opdage disse mønstre, Mishlers team udviklede en ny måde at vurdere biodiversitet og endemisme på, der kombinerer standarddata som planteområde med genetiske data for at generere et mål for "fylogenetisk endemisme, " dybest set et mål for, hvor sjælden og hvor genetisk unik en plante er. Han beviste værdien af ​​denne metode for flere år siden, da han vurderede endemismen af ​​et andet unikt center for plantediversitet, Australien, som allerede havde digitaliserede databaser over sin flora. Californien-projektet måtte vente, indtil statens plantesamlinger blev digitaliseret gennem Consortium of California Herbaria; på UC Berkeley, digitaliseringen blev for en stor del finansieret af National Science Foundation.

Mishler og hans kolleger inkluderede i deres analyse næsten 1, 100 slægter, der repræsenterer over 5, 000 plantearter i staten, ved at bruge eksisterende sekvensdata for et specifikt sæt gener taget fra DNA-databaser, og tilføjelse af sekvenseringsdata, der nyligt er genereret på UC Berkeley, for at udfylde huller.

En undersøgelse offentliggjort i marts i American Journal of Botany og ledet af Baldwin brugte den samme digitale database, inkorporerer data for alle 5, 000 arter, men uden brug af genetiske data, at se på artsrigdom og endemisme i hele staten. Denne undersøgelse afslørede også overraskelser, ligesom den høje endemisme i ubebyggede områder på San Francisco-halvøen, konkurrerer med andre regioner i Bay Area, der tidligere er identificeret som endemisme-hotspots.

Mishler bemærkede, at Californien altid har været et særligt sted for planter, næsten som en ø - den kaldes California Floristic Province - fordi den er isoleret ved havet mod vest, ørkener i øst og syd, og bjerge mod nord.

"Californien er en slags modelsystem for flora, det har altid været:stedet, botanikerne tog hen for at studere plantens udviklingsproces helt tilbage i 40'erne, " sagde Mishler. "På trods af hvor kendt floraen er, vi har været i stand til at få ny indsigt med disse metoder."

BMC Biology og AJB papirerne, en fælles indsats fra universitetet og Jepson Herbaria ved UC Berkeley, var også medforfatter af kandidatstuderende William Freyman, Matthew Kling og Thomas Madsen, laboratoriechef Sonia Nosratinia, tidligere postdoc Naia Morueta-Holme, nu på Københavns Universitet, og David Ackerly, en UC Berkeley professor i integrativ biologi.