Bloeiende planten verschijnen alleen in het fossielenbestand ongeveer 100 miljoen jaar geleden, en toch vormen ze 90 procent van het plantenrijk. Ondertussen is ongeveer 75 procent van de bekende diersoorten insecten. In Origin of Species gaf Charles Darwin een verklaring voor deze verbluffende diversiteit: bestuiving. Planten en hun insectenbestuivers, vermoedde hij, moeten samen met elkaar evolueren in een proces dat hij 'co-evolutie' heeft bedacht totdat ze in een oogverblindende reeks vormen tot bloei komen.
gerelateerde inhoud
- Klimaatverandering neemt vogels weg in de Mojave-woestijn
- Hoe klimaatverandering de iconische dieren en planten van de nationale parken zal transformeren
- Joshua Trees in Californië worden bedreigd
Maar in de uitgestrekte wereld van planten en hun bestuivers, was er één voorbeeld dat Darwin het "mooiste geval van bevruchting ooit gepubliceerd" beschouwde in een brief aan botanicus Joseph Dalton Hooker. Dit was het merkwaardige geval van de Joshuaboom en de yuccamot.
We beginnen met de Joshua-boom, de meest iconische plant van de Mojave-woestijn. Met zijn stekelige bladeren en knobbelkleurige bosjes bedekt met scherpe, wasachtige bloemen die naar de woestijnhemel draaien, heeft deze aan de woestijn aangepaste struik een reputatie van buitenaardsheid. Iedereen die door de woestijn loopt, herinnert zich de majestueuze Joshua-boom; de naamgenoot heeft kunstenaars, filmmakers en menig inwoner geïnspireerd op zoek naar transcendentie.
Weinig reizigers zijn echter poëtisch over zijn evolutionaire partner, de yuccamot. De kleine, dunne bug is aanvankelijk bescheiden, maar bij nadere inspectie is het een even buitenaardse match voor de iconische Joshua-boom. In plaats van een gewoon mondstuk, sport het bizarre, tentakelachtige bladeren, die uniek zijn onder insecten - en een essentieel doel in het woestijnecosysteem dienen.
Zonder nectar om bestuivers aan te trekken, vertrouwen Joshua-bomen uitsluitend op deze bescheiden mot voor bestuiving. Yucca-motten gebruiken hun handige kaakaanhangsels om stuifmeel van Joshua-boombloemen te verzamelen en op de vrouwelijke delen van elke bloem te deponeren terwijl de mot tussen de bloemen beweegt. Op zijn beurt legt de mot haar eieren met zijn dunne, mesachtige ovipositor op de zaden van de bloemen.
Als ze uitkomen, eten de rupsen van de yuccamot de zaden - hun enige voedselbron - voordat ze naar de grond kruipen om cocons te vormen. En de cyclus begint opnieuw.
Volgens Christopher Smith, een bioloog aan de Willamette University die bestuiversrelaties bestudeert, is de relatie tussen yucca-motten en Joshua-bomen anders dan wat dan ook in de natuurlijke wereld. Hij zou het moeten weten: Smith heeft lang de uiteenlopende relaties tussen insecten en planten in de woestijn bestudeerd. Zijn eerdere onderzoek was gericht op langhoornkevers en de stekelige plantensoorten waarmee ze in de Sonorawoestijn omgaan. Maar niets, zegt hij, is te vergelijken met de Joshuaboom en de yuccamot.
De meeste bestuivers helpen per ongeluk de planten die ze bestuiven. Bijen en vogels poetsen tegen stuifmeel terwijl ze zich voeden met de nectar van een bloem en verspreiden het van plant tot plant terwijl ze een dagmaaltijd voortzetten. Geen yucca-motten: omdat hun rupsen afhankelijk zijn van het voortbestaan van Joshua-bomen en hun smakelijke zaden, is de bestuiving van de yucca-mot een actieve overlevingsactie. Bovendien bestaat deze samenwerking al miljoenen jaren.
Joshuabomen doen meer dan alleen artistieke inspiratie: ze creëren essentiële ondersteuning van het milieu voor het compromisloze woestijnecosysteem. Deze afschuwelijk mooie struiken bieden voedsel en onderdak voor dieren in de Mojave-struikgewassen, waar middelen notoir schaars zijn. In het voorjaar zijn de bloemen een van de weinige bronnen van nat voedsel dat beschikbaar is voor insecten, raven en gemalen eekhoorns.
Maar vandaag dreigt hun langlevende samenwerking af te breken, omdat de natuurlijke habitat van de Joshua-boom voor nieuwe bedreigingen staat.
De onopvallend ogende yucca-mot is de helft van een evolutionair partnerschap dat miljoenen jaren teruggaat. (Will (Tad) Cole) De juiste mot voor de klus
Er zijn twee verschillende soorten Joshua-bomen, gescheiden door de lage binnenwateren van Death Valley en de Amargosa-woestijn: bossige, kortbladige oostelijke Joshua-bomen (Yucca brevifolia jaegeriana) en boomachtige, langbladige westelijke Joshua-bomen (Y. b. brevifolia). De twee zijn zo verschillend, wetenschappers hebben zelfs gepleit voor het splitsen van Yucca brevifolias in twee soorten. Maar welke evolutionaire reden is verantwoordelijk voor deze divergentie?
Dat is volgens Smith de 'multi-miljoen dollar-vraag'.
Motten kunnen het antwoord houden. Ecologen geloofden al lang dat één soort yuccamot (Tegeticula synthetica) beide soorten Joshua-bomen bestuift. Maar in 2003 ontdekte een team van wetenschappers dat een genetisch verschillende yuccamot (T. antithetica) uitsluitend de oostelijke bomen bestuift. Net als de Joshua-bomen zelf, was deze mot korter dan zijn westerse tegenhanger. Nog griezeliger, het verschil in de afstand tussen het stigma en de eicel tussen de twee boomsoorten was hetzelfde als het verschil in lichaamsgrootte, kop tot buik, tussen de twee motten.
"Ik dacht:" Dat kan geen toeval zijn ", zegt Smith.
Om te bepalen of co-evolutie deze verdachte speciatie teweegbracht, leidde Smith een team van burgerwetenschappers in 2013 en 2014 om morfologische gegevens te verzamelen op de plek waar de twee soorten Joshuabomen en hun overeenkomstige motten in harmonie leven: Tikaboo Valley.
Smith en zijn team merkten op dat yucca-motten hun eieren efficiënter in hun overeenkomstige Joshua-bomen deponeren, en de Joshua-bomen op hun beurt meer ruimte voor de eieren bieden wanneer ze worden bestoven door de voorkeursmot. Smith's voorlopige resultaten tonen ook aan dat de motten zich beter kunnen voortplanten wanneer hun lichaamsgrootte overeenkomt met de grootte van de stengel tussen het stigma van de bloem en de eierstok, bekend als de stijl.
Hoewel motten bloemen zullen bestuiven waarvan de stijlen te lang zijn, leggen ze bijna nooit met succes eieren die uitkomen in rupsen. Wanneer de stijlen te kort zijn, kunnen de motten de bloemen beschadigen met hun legboor.
Smith wijst erop dat deze correspondenties niet noodzakelijkerwijs co-evolutie bewijzen. De Joshua-bomen zouden kunnen evolueren in reactie op iets in hun natuurlijke omgeving, en de motten zouden kunnen reageren, wat evolutie aantoont, terwijl de ene soort verandert in reactie op omgevingsstress (en dan evolueert de andere in reactie op de eerste soort die terugkwam) - maar geen co-evolutie, waarbij beide soorten wederzijds veranderen als reactie op elkaar.
Om het potentieel voor willekeur weg te nemen, is Smith nu van plan om het genoom van de Joshua-bomen in kaart te brengen via een samenwerking genaamd het Joshua Tree Genome Project, in maart gelanceerd door Smith en zes andere wetenschappers en gefinancierd door een combinatie van crowdsourcing en ondersteuning van de Living Desert . Afgezien van het onderzoek van Smith, is een van de hoofddoelen van het project het identificeren van genen die betrokken zijn bij de aanpassing van de Joshuaboom aan het klimaat om de komende klimaatcrisis te plannen.
Zodra hij de genomen van de twee Joshua-bomen heeft, zal Smith ze vergelijken met de genomen van goed bestudeerde planten om te bepalen welke genen overeenkomen met bloemmorfologie, taklengte en andere kenmerken. Van daaruit kan hij de genomen van de twee soorten Joshua-bomen vergelijken en de gemiddelde variatie tussen hun allelen bepalen - dat wil zeggen de variatie als gevolg van evolutie. Genen die dramatische variatie vertonen in vergelijking met deze basislijn zijn gemarkeerd voor natuurlijke selectie.
Een belangrijk onderdeel van die strategie kan zijn in de relatie met de yucca-motten. Onderzoek heeft al aangetoond dat de verschillen in lengte van de legboor en de lichaamsgrootte in de genomen van de yuccamot meer uitgesproken zijn, wat suggereert dat natuurlijke selectie de discrepantie heeft veroorzaakt. Smith hoopt hetzelfde te vinden voor de morfologie van Joshua-boombloemen.
Smith en zijn team verzamelen yucca-motten om hun morfologie te bestuderen. (Christopher Smith) Racing de klok
Maar de tijd kan opraken. Joshuabomen worden kritisch bedreigd door klimaatverandering: naarmate het verwarmende klimaat kostbaar water uit de grond verdampt en de frequentie van regen afneemt, zullen Joshua-boomzaailingen minder lange periodes van droogte overleven dan hun volgroeide tegenhangers.
"Vaak kijken mensen naar een plek als Joshua Tree National Park waar je veel volwassen bomen ziet, ze denken dat het er gezond uitziet, " zegt Cameron Barrows, een ecoloog aan het Center for Conservation Biology aan de University of California in Riverside. "Maar als je de juvenielen niet ziet, betekent dit dat de soort zichzelf niet vervangt."
Naarmate minder Joshua-boomzaailingen overleven en volwassen worden, neemt de bevolking af, en ook de diversiteit van de woestijn. Omdat de Joshua-boom een hoeksteensoort is in de Mojave, verliezen een aantal verschillende insecten, hagedissen en vogels belangrijke bronnen van habitat in, op en onder hun takken.
Volgens de klimaatmodellen van Barrows kan de Mojave-woestijn voor het einde van de eeuw tot 90 procent van de Joshua-bomen verliezen. Zelfs in het ergste geval zijn er plekken die Barrows 'refugia' noemt, waar Joshua-bomen zich kunnen verspreiden en gedijen - als ze vrij blijven van invasief onkruid en bosbranden - maar het bereik wordt aanzienlijk kleiner.
Zoals vele organismen migreren Joshua-bomen in reactie op hun opwarming van de leefomgeving door hun zaden verder naar het noorden te laten vallen. Op dit moment groeien zaailingen binnen 100 meter van hun ouderplanten; om gebieden te bereiken die koel genoeg zijn om te overleven, moeten ze mogelijk duizenden kilometers verplaatsen. Joshua-boomzaden moeten nog aantonen dat ze zich zo snel kunnen verspreiden.
Misschien nog wezenlijker, noch hebben ze yucca-motten. "We hebben geen idee hoe de yuccamot zou kunnen reageren op duizenden kilometers naar het noorden, " geeft Smith toe. Vanwege de korte levensduur van de yuccamot en de korte interactie met Joshua-bomen, is het moeilijk om te bestuderen hoe ze op dergelijke veranderingen in hun omgeving zullen reageren. Zonder hun enige bestuivers zullen Joshua-bomen vergaan ongeacht of hun zaden de reis kunnen maken.
Het begrijpen van deze symbiotische relaties wordt nog essentiëler bij het ontwikkelen van strategieën om te reageren op klimaatverandering. Sommige wetenschappers hebben voorgesteld fysiek bewegende soorten die door klimaatverandering worden bedreigd, maar dit kan systemen verstoren die nog niet volledig worden begrepen.
"Vaak beschouwen natuurbeschermers massagemeenschappen als statisch, " zegt Smith. "Bij het maken van conserveringsstrategieën moeten we niet alleen nadenken over hoe het systeem er vandaag uitziet, maar ook hoe het systeem in de toekomst zal veranderen als reactie op de veranderende wereld."
Eén ding is zeker: het verlies van de Joshua-boom zou het beeld van de Mojave-woestijn in het collectieve bewustzijn ingrijpend veranderen. Nu ligt het lot van deze bomen - en ons vermogen om ze te verdedigen - in de monddelen van een kleine grijze mot.
