Деревья Джошуа сталкиваются с угрозой изменения климата, несмотря на адаптацию к жаре

Пустынные растения и животные, хорошо приспособленные к жарким и сухим условиям, всё равно находятся под угрозой из-за повышения температур, засух и других экстремальных явлений, вызванных изменением климата. Для некоторых видов, таких как долгоживущие деревья Джошуа (Yucca brevifolia и Yucca jaegeriana), команда исследователей, включая доцента Университета Коннектикута Каролину Хейдук, изучает пределы их адаптации. Результаты опубликованы в New Phytologist.

Деревья Джошуа произрастают в пустыне Мохаве на юго-западе США, и их ареал, по-видимому, сокращается. Исследователи отмечают меньше молодых деревьев, что указывает на проблемы с выживаемостью. Целью работы было выяснить, есть ли популяции, лучше адаптированные к текущим условиям, чтобы сосредоточить на них усилия по сохранению вида.

Для поиска различий между популяциями исследователи создали несколько опытных участков, где выращивали сеянцы обоих видов из разных частей их ареала. Измеряя физиологические и генетические признаки, они сделали важное открытие, которое может помочь деревьям адаптироваться к потеплению.

Открытие касается ключевого аспекта фотосинтеза. Большинство растений поглощают CO₂ днём через устьица, теряя при этом влагу. Некоторые растения засушливых сред, включая деревья Джошуа, эволюционировали механизм CAM-фотосинтеза (Crassulacean Acid Metabolism), позволяющий поглощать CO₂ ночью и запасать его для использования днём.

«Мы обнаружили, что деревья Джошуа могут использовать CAM-фотосинтез, и изучили степень и вариабельность этого признака в разных популяциях», — говорит Хейдук. Это хорошая новость, так как CAM может помочь растениям переносить потепление.

Выращивая растения из разных мест в одинаковых условиях, учёные изучили генетические различия между особями. Также были обнаружены физиологические различия между двумя видами в переработке углерода и азота.

«Мы объединяем множество областей биологии: измеряли физиологические признаки, экспрессию генов и накопление метаболитов», — отмечает Хейдук. Такой комплексный подход позволяет с большей уверенностью связывать наблюдаемые признаки (фенотипы) с генетикой (генотипами).

«Например, гены, связанные с CAM-фотосинтезом, экспрессировались именно в то время, когда мы ожидали. Это подтверждает наши наблюдения», — поясняет исследователь.

В будущих работах команда планирует изучить, являются ли физиологические различия частью причины, по которой эти два вида сохраняются как отдельные сущности, несмотря на наличие гибридов.

Хейдук подчёркивает, что биоразнообразие пустынь часто недооценивают, полагая, что там ничего не растёт и не живёт. Это заблуждение распространяется и на восприятие угрозы изменения климата для этих экосистем.

«Мы не уделяем пустынным видам столько же внимания, сколько другим экосистемам, отчасти потому, что думаем: они уже приспособлены к жаре и справятся. Однако пустыни становятся ещё жарче, особенно повышаются ночные температуры», — говорит она.

Сложность изучения адаптации деревьев Джошуа также в их долголетии: некоторые ныне живущие деревья пережили всю промышленную революцию и сопутствующие климатические изменения.

Текущие исследования команды сосредоточены на влиянии повышения ночных температур. В одном из проектов сеянцы выращивают в контролируемых условиях, чтобы измерить их реакцию и понять, является ли этот новый стресс-фактор причиной низкой выживаемости молодых деревьев.

«То, что переживают сегодняшние сеянцы, будет сильно отличаться от условий, с которыми они столкнутся через 100 лет, став взрослыми растениями. Нам необходимо понять, как они отреагируют на эти изменения», — заключает Хейдук.