Цветущие растения появляются в летописи окаменелостей только около 100 миллионов лет назад, и тем не менее они составляют 90 процентов царства растений. Между тем, около 75 процентов известных видов животных являются насекомыми. В книге «Происхождение видов» Чарльз Дарвин объяснил это потрясающее разнообразие: опыление. Он предположил, что растения и их насекомые-опылители должны развиваться вместе друг с другом в процессе, который он придумал «коэволюции», пока они не расцвели в ослепительный набор форм.
Связанный контент
- Изменение климата уничтожает птиц в пустыне Мохаве
- Как изменение климата преобразует культовых животных и растений национальных парков
- Деревья Джошуа в Калифорнии под угрозой
Но в огромном мире растений и их опылителей был один пример, который Дарвин считал «самым замечательным случаем оплодотворения, когда-либо опубликованным» в письме ботанику Джозефу Далтону Хукеру. Это был любопытный случай дерева Джошуа и юкки.
Начнем с дерева Джошуа, самого культового растения пустыни Мохаве. Этот колючий кустарник с колючими ветвями и клубочковыми пучками, увенчанный острыми, восковыми цветами, извивающимися в сторону неба пустыни, имеет репутацию потустороннего. Каждый, кто проходит через пустыню, помнит величественное дерево Джошуа; его тезка вдохновила художников, режиссеров и многих других на поиски трансцендентности.
Однако мало кто из путешественников в восторге от своего эволюционного партнера - юкки-мотылька. Небольшой багровый жук изначально непритязателен, но при ближайшем рассмотрении он в равной степени инопланетянский матч с культовым деревом Джошуа. Вместо обычного мундштука он имеет причудливые, похожие на щупальца ветви, подобные которым уникальны среди насекомых, и служит важной цели в пустынной экосистеме.
Без нектара для привлечения опылителей деревья Джошуа полагаются исключительно на эту непритязательную моль для опыления. Мотыльки юкки используют свои ловкие челюстные придатки, чтобы собирать пыльцу с цветов дерева Джошуа и откладывать ее на женские части каждого цветка, когда мотылек перемещается между цветами. В свою очередь, мотылек откладывает яйца с помощью своего тонкого клинообразного яйцеклада на семена цветов.
Когда они вылупляются, гусеницы моли юкки едят семена - их единственный источник пищи - прежде чем упасть на землю, образуя коконы. И цикл начинается снова.
Согласно Кристоферу Смиту, биологу из Университета Уилламетт, который изучает отношения опылителей, отношения между юкками и мотыльками Джошуа не похожи ни на что в естественном мире. Он должен знать: Смит долго изучал различные отношения между насекомыми и растениями в пустыне. Его предыдущие исследования были посвящены кактусам лонгхорновых жуков и колючим видам растений, с которыми они взаимодействуют по всей пустыне Сонора. Но ничто, по его словам, не сравнится с деревом Джошуа и юкки.
Большинство опылителей случайно помогают растениям, которые они опыляют. Пчелы и птицы будут чистить пыльцу, пока они питаются нектаром цветка, распространяя его от растения к растению, поскольку они продолжают дневной пир. Не бабочки юкки: поскольку их гусеницы зависят от продолжающегося существования деревьев Джошуа и их вкусных семян, опыление моли юкки является активным актом выживания. Более того, это партнерство продолжается уже миллионы лет.
Деревья Джошуа не просто обеспечивают художественное вдохновение: они создают существенную экологическую поддержку для бескомпромиссной пустынной экосистемы. Эти ужасно красивые кустарники дают пищу и укрытие животным в кустарниках Мохаве, где, как известно, ресурсов мало. Весной его цветы являются одним из единственных источников влажной пищи, доступной для насекомых, воронов и сусликов.
Однако сегодня их долгосрочное партнерство может оказаться под угрозой, поскольку естественная среда обитания дерева Джошуа сталкивается с новыми угрозами.
Ничем не примечательный юккский мотылек - это половина эволюционного партнерства, которое насчитывает миллионы лет. (Уилл (Тэд) Коул) Правильный мотылек для работы
Существует два различных вида деревьев Джошуа, разделенных низкими внутренними бассейнами Долины Смерти и пустыни Амаргоса: густые, коротколистные восточные деревья Джошуа (Yucca brevifolia jaegeriana) и древесные, длиннолистные западные деревья Джошуа (Y. b. brevifolia). Они настолько разные, что ученые даже выступали за разделение юкки бревифолии на два вида. Но какая эволюционная причина ответственна за это расхождение?
Это, говорит Смит, «вопрос на несколько миллионов долларов».
Мотыльки могут держать ответ. Экологи долгое время считали, что один вид моли юкки (Tegeticula синтетика) опыляет оба вида деревьев Джошуа. Но в 2003 году группа ученых обнаружила, что генетически отличная моль юкки (T. antithetica) опыляет исключительно восточные деревья. Как и сами деревья Джошуа, эта бабочка была короче своего западного аналога. Еще более жутко, разница в расстоянии между клеймом и яйцеклеткой между двумя типами деревьев была такой же, как разница в размерах тела от головы до живота между двумя мотыльками.
«Я подумал:« Это не может быть совпадением », - говорит Смит.
Чтобы определить, привела ли коэволюция к этому подозрительному видообразованию, Смит руководил группой гражданских ученых в 2013 и 2014 годах, чтобы собрать морфологические данные в одном месте, где два вида деревьев Джошуа и их соответствующие мотыльки живут в гармонии: долина Тикабу.
Смит и его команда заметили, что бабочки-юкки более эффективно откладывают свои яйца в соответствующие им деревья Джошуа, а деревья Джошуа, в свою очередь, обеспечивают больше места для яиц, когда опыляются предпочтительной молью. Предварительные результаты Смита также показывают, что мотыльки более успешно размножаются, когда их размер тела соответствует размеру стебля между клеймом цветка и яичником, известным как стиль.
Хотя мотыльки опыляют цветы, чьи стили слишком длинные, они почти никогда не откладывают яйца, которые вылупляются в гусениц. Когда стили слишком короткие, мотыльки могут повредить цветы с помощью своего яйцеклада.
Смит указывает, что эти соответствия не обязательно доказывают коэволюцию. Деревья Джошуа могут эволюционировать в ответ на что-то в их естественной среде, и мотыльки могут реагировать, что демонстрирует эволюцию, когда один вид изменяется в ответ на стрессовые воздействия окружающей среды (а затем другой эволюционирует в ответ на резонанс первого вида) - но не коэволюция, где оба вида изменяются взаимно в ответ друг на друга.
Чтобы устранить потенциальную случайность, Смит теперь планирует нанести на карту геном деревьев Джошуа через сотрудничество под названием «Проект генома дерева Джошуа», начатое в марте прошлого года Смитом и шестью другими учеными и финансируемое за счет краудсорсинга и поддержки со стороны Живой пустыни., Помимо исследований Смита, одной из основных целей проекта является определение генов, которые участвуют в адаптации дерева Джошуа к климату, чтобы планировать предстоящий климатический кризис.
Получив геномы двух деревьев Джошуа, Смит сравнит их с геномами хорошо изученных растений, чтобы определить, какие гены соответствуют морфологии цветка, длине ветви и другим характеристикам. Отсюда он может сравнить геномы двух видов деревьев Джошуа и определить среднюю вариацию между их аллелями - то есть вариацию, обусловленную эволюцией. Гены, которые демонстрируют значительные различия по сравнению с этой базовой линией, отмечены для естественного отбора.
Ключевой частью этой стратегии могут быть отношения с юкками. Исследования уже показывают, что различия в длине яйцеклада и размерах тела в геномах моли юкки более выражены, что позволяет предположить, что естественный отбор стал причиной расхождений. Смит надеется найти то же самое для морфологии цветов дерева Джошуа.
Смит и его команда собирают моли юкки, чтобы изучить их морфологию. (Кристофер Смит) Гонки на часах
Но время может уйти. Деревья Джошуа находятся под серьезной угрозой изменения климата: так как потепление климата испаряет драгоценную воду из почвы и частота дождей уменьшается, саженцы деревьев Джошуа менее подвержены длительным сезонам засухи, чем их взрослые аналоги.
«Много раз, когда люди смотрят на такое место, как Национальный парк Джошуа-Три, где вы видите множество зрелых деревьев, они думают, что оно выглядит здоровым», - говорит Кэмерон Барроуз, эколог из Центра биологии охраны природы при Калифорнийском университете в Riverside. «Но если вы не видите несовершеннолетних, это означает, что вид не заменяет себя».
По мере того, как все меньше саженцев деревьев Джошуа выживают и созревают, популяция сокращается, как и разнообразие пустыни. Поскольку дерево Джошуа является ключевым видом в Мохаве, ряд различных насекомых, ящериц и птиц потеряют важные источники среды обитания внутри, на и под своими ветвями.
Согласно климатическим моделям Барроуза, пустыня Мохаве может потерять до 90 процентов деревьев Джошуа до конца столетия. Даже в наихудших сценариях есть места, которые Барроуз называет «рефугией», где деревья Джошуа могут размножаться и процветать - если они остаются в стороне от инвазивных сорняков и лесных пожаров - но диапазон значительно сокращается.
Как и многие организмы, деревья Джошуа мигрируют в ответ на потепление среды обитания, сбрасывая семена дальше на север. Прямо сейчас, саженцы растут в пределах 100 метров от их родительских растений; чтобы достичь областей, достаточно прохладных, чтобы выжить, им, возможно, придется пройти тысячи миль. Семена дерева Джошуа еще не продемонстрировали способность распространяться так быстро.
Возможно, более существенно, ни у кого нет моли юкки. «Мы понятия не имеем, как может отреагировать юкка на движение за тысячи миль на север», - признается Смит. Из-за короткой продолжительности жизни юкки-моли и короткого взаимодействия с деревьями Джошуа трудно понять, как они будут реагировать на такие изменения в окружающей среде. Без их единственных опылителей деревья Джошуа погибнут независимо от того, смогут ли их семена совершить путешествие.
Понимание этих симбиотических отношений становится еще более важным при разработке стратегий реагирования на изменение климата. Некоторые ученые предположили, что физически движущимся видам угрожает изменение климата, но это может нарушить системы, которые еще не полностью поняты.
«Часто биологи по охране природы считают массовые сообщества статичными, - говорит Смит. «При разработке стратегий сохранения нам нужно думать не только о том, какая система сегодня, а о том, как система изменится в будущем в ответ на изменение мира».
Одно можно сказать наверняка: потеря дерева Джошуа резко изменила бы образ пустыни Мохаве в коллективном сознании. Теперь судьба этих деревьев - и наша способность защищать их - лежит в устьях крошечного серого мотылька.
