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Numa época em que a mudança climática está tornando muitas áreas do planeta mais quentes e secas, é preocupante pensar que os desertos são biomas relativamente novos que cresceram consideravelmente nos últimos 30 milhões de anos. Regiões áridas generalizadas, como os desertos que hoje cobrem grande parte do oeste da América do Norte, começaram a surgir apenas nos últimos 5 a 7 milhões de anos.
Entender como as plantas que invadiram esses biomas desérticos foram capazes de sobreviver pode ajudar a prever como os ecossistemas se sairão em um futuro mais seco.
Um estudo intensivo de um grupo de plantas que primeiro invadiu os desertos emergentes milhões de anos atrás conclui que essas pioneiras – margaridas das rochas – não ficaram despreparadas para lidar com o calor, o sol escaldante e a falta de água. Eles desenvolveram adaptações a tais tensões enquanto viviam em afloramentos rochosos expostos e secos em áreas mais antigas e úmidas e até mesmo em florestas tropicais, o que facilitou a invasão de áreas áridas em expansão.
O estudo do pesquisador da Universidade da Califórnia, Berkeley, Isaac Lichter-Marck, é o primeiro a fornecer evidências para resolver um debate evolutivo de longa data: plantas icônicas do deserto, como os imponentes cactos saguaro, os ocotillos flamejantes e os agaves Seussianos, se adaptaram a condições áridas somente depois de invadirem os desertos. Ou eles vieram pré-adaptados ao estresse da vida no deserto?
A questão é relevante hoje, disse Lichter-Marck, porque a aceleração da aridez devido à mudança climática está desafiando as plantas a se adaptarem muito mais rapidamente do que no passado. Já, cerca de um quinto da superfície terrestre da Terra é deserto. Se a adaptação a condições áridas só foi possível para plantas que já evoluíram para lidar com tais estresses, muitas hoje podem não estar equipadas com um kit de ferramentas genéticas adequado para sobreviver.
“Se você pensar na aridez apenas como um estímulo para a evolução das plantas, então, em muitos casos, as pessoas podem dizer que essas plantas são sobreviventes, são adaptáveis e ficarão bem. Elas aproveitarão essas novas condições e prosperarão, ” disse Lichter-Marck, que também é pesquisador de pós-doutorado da National Science Foundation na UCLA.
Mas a história das margaridas das rochas sugere que “quando os desertos surgiram, aquelas plantas que tinham as pré-adaptações necessárias para aproveitar as novas condições foram as que prosperaram”, disse ele. “Adicionar mais aridez ao sistema não significa necessariamente que ocorrerá uma evolução adaptativa mais rápida. Há uma fonte limitada de linhagens que podem tirar proveito de novos níveis de aridez, e isso é importante para entender o efeito das mudanças climáticas na biodiversidade”.
Lichter-Marck e Bruce Baldwin, professor de biologia integrativa da UC Berkeley, curador do Jepson Herbarium e editor-chefe do O Manual do Deserto de Jepson: Plantas Vasculares do Sudeste da Califórnia (2002), publicaram seu estudo sobre a evolução das margaridas-das-rochas nos desertos norte-americanos esta semana na revista Anais da Academia Nacional de Ciências.
Sete anos vagando pelo deserto
Os botânicos perceberam há muito tempo que, quando as plantas invadiam áreas desérticas, elas rapidamente se diversificavam para preencher os muitos nichos criados por esse novo tipo de habitat.
“Mesmo há 1 milhão a 1,5 milhão de anos atrás, teria sido difícil encontrar habitats desérticos generalizados como vemos hoje na América do Norte, o que é surpreendente porque agora desertos e habitats áridos são o bioma mais difundido na Terra, disse Lichter-Marck. “Mas durante o final da época do Mioceno, os habitats secos se espalharam e as linhagens mundiais de plantas do deserto, especialmente as linhagens suculentas como os cactos, os agaves e as plantas de gelo – assim como muitas outras linhagens tolerantes à seca – passaram por uma rápida sincronia. diversificação.”
Os paleontólogos apontaram, no entanto, que as plantas fossilizadas que prosperaram dezenas de milhões de anos antes da proliferação dos desertos tinham características semelhantes às das plantas do deserto de hoje. Alguns cientistas, como o falecido paleoecologista Daniel Axelrod, da UCLA e da UC Davis, argumentaram que isso significava que as plantas que prosperaram no deserto hoje evoluíram mais cedo e foram pré-adaptadas – ou exaptadas – para sobreviver às condições do deserto crescendo em microsítios secos, como afloramentos rochosos, sombras de chuva ou topos de montanhas. Outros, como Ledyard Stebbins, da UC Berkeley, um biólogo evolutivo que ajudou a fundar o Departamento de Genética da UC Davis, argumentaram que a própria aridez estimulou as plantas a diversificar e desenvolver características para resistir à secura, calor, luz solar intensa e ventos fortes.
Apesar das semelhanças entre afloramentos rochosos e desertos, tem sido difícil provar que as plantas do deserto descendem de plantas já adaptadas ao estresse da aridez, em parte porque os fósseis raramente se formam em habitats secos e não podem nos dizer muito sobre o habitat em que esses antigos plantas estavam crescendo.
Para Lichter-Marck e Baldwin, margaridas da rocha, que são classificadas na tribo Perityleae na família dos girassóis, parecia um bom grupo para explorar a conexão. Algumas espécies vivem em rochas secas e expostas em áreas tropicais do México – o que pode ser considerado “micro-desertos” – enquanto outras se adaptaram totalmente a áreas desérticas, como o Mojave na Califórnia e os desertos da Grande Bacia, Chihuahuan e Sonora. que cobrem a maior parte do oeste da América do Norte.
“As plantas que vivem em afloramentos rochosos enfrentam muitos dos mesmos desafios que as que vivem em habitats secos e desérticos”, disse Lichter-Marck. “Os afloramentos rochosos tendem a ser expostos à luz ultravioleta, vento e condições secas e secas, bem como ao calor e à geada. Eles também tendem a ser mais expostos a herbívoros.
“As formas como as plantas lidam com eles são diversas, mas geralmente envolvem algum tipo de morfologia radicular especializada que os ajuda a ancorar em afloramentos rochosos, bem como a lidar com as condições áridas intensificadas. E eles tendem a ter folhas menores, ou folhas com uma densa cobertura de pêlos que os ajuda a protegê-los da seca e bloquear a luz solar, incluindo a luz ultravioleta. Eles também tendem a ter defesas químicas aumentadas contra herbívoros, porque é preciso muita energia para se regenerar depois de serem mastigados.
Para seu Ph.D. Tese de doutorado no Departamento de Biologia Integrativa e no Jepson Herbarium, Lichter-Marck, um nativo do sul da Califórnia, percorreu os desertos do Arizona, Califórnia, Texas e México por meses a fio em uma caminhonete, acompanhado por seu salto azul, Rio , para coletar centenas de espécimes de estrados rochosos. Algumas margaridas rochosas estão entre as flores mais dramáticas da primavera, cobrindo o deserto com flores coloridas. Muitos, no entanto, estão limitados a pequenas regiões geográficas onde crescem apenas em faces rochosas verticais ou cadeias de montanhas nas ilhas do céu, tornando-os perigosos de coletar. Lichter-Marck é um montanhista experiente, uma habilidade importante para o trabalho de campo em terrenos acidentados.
Mais tarde, ele sequenciou o DNA desses espécimes – 73 das 84 espécies reconhecidas de margarida-das-rochas – e catalogou suas histórias de vida, como onde cresceram, que tipo de sistema radicular tinham e se eram anuais ou perenes. erva ou arbusto. Ele então os comparou com margaridas fossilizadas para desenvolver uma linha do tempo aproximada da evolução dessas características e a eventual mudança da linhagem para os desertos.
Isso lhe permitiu concluir que a maioria dos estrados rochosos – em particular, o gênero Laphamiaque foi o primeiro a se mudar para os desertos e é o maior gênero de margaridas das rochas – se adaptou ao estresse do calor, aridez, vento e sol em virtude de seu crescimento em penhascos antes de invadir os desertos.
“Esta é uma demonstração empírica clara do que era originalmente a hipótese de Axelrod – de um grupo de plantas do deserto originário de microclimas secos antes do surgimento generalizado de habitats desérticos”, disse Lichter-Marck. “O que isso significa é que as estratégias de tolerância à seca que são tão características da vegetação do deserto podem não representar respostas às condições secas encontradas nos desertos. Em vez disso, podem ser características que evoluíram anteriormente em associação com microclimas secos muito mais antigos e estáveis. , como afloramentos rochosos em ambientes tropicais.”
A pré-adaptação pode ser a chave para o sucesso de muitas plantas do deserto, incluindo cactos, que são conhecidos por habitar afloramentos rochosos ou crescer como epífitas nas copas das árvores em áreas tropicais, embora essas grandes linhagens exigissem uma análise muito mais extensa, disse ele .
As margaridas das rochas, muitas das quais vivem em habitats especializados que as tornam vulneráveis à extinção, destacam a importância de conservar espécies aparentemente de nicho.
“Muitas margaridas das rochas são muito especializadas e tendem a ser muito restritas em sua distribuição e podem ser vistas como menos significativas para a sobrevivência do ecossistema como um todo. Na biologia evolutiva e na biologia da conservação, organismos especializados com faixas geográficas estreitas são muitas vezes consideradas linhagens vulneráveis e, às vezes, até mesmo chamadas de becos sem saída evolutivos”, disse ele. “Uma implicação importante aqui é que um grupo de especialistas ecológicos crescendo em penhascos dispersos em habitats tropicais começou essa grande radiação no deserto. Então, isso realmente mostra que os especialistas não são apenas essas linhagens vulneráveis à beira da extinção. Eles podem realmente ser fontes realmente importantes para a inovação na evolução.”
Lichter-Marck está atualmente estendendo seu estudo de plantas que crescem em afloramentos rochosos para o Havaí, onde muitas espécies endêmicas raras vivem apenas nas encostas de montanhas íngremes. Em vez de escalar penhascos precários para alcançar espécimes raros, no entanto, ele espera usar drones.
O trabalho foi financiado pelo Smithsonian Institution Fellowship Program, Philomathia Foundation, UC Berkeley Department of Integrative Biology, University of California Natural Reserve System, Society of Systematic Biologists, American Society of Plant Taxonomists, California Native Plant Society, California Botanical Society, Southern California Botânicos e o Fundo Lawrence R. Heckard do Herbário Jepson.
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