随着炎热和干旱的迅速增加，植物能适应吗？

下加利福尼亚州岩石雏菊（Laphamia lobata）生长在墨西哥下加利福尼亚州南部Sierra de la Giganta火山岩的峡谷壁上。该物种是la Sierra de la Giganta的特有物种，在那里，它是一个多样的植物群落的一部分，这些植物只生长在热带落叶林和半干旱的索诺兰荆棘丛所包围的悬崖上。岩石雏菊是干旱微生境的植物，如裸露的岩石露头。它们对裸露悬崖上生活压力的适应使它们非常适合入侵美国西南部的沙漠地区，因为它们在过去的500万至700万年中不断扩张。资料来源：艾萨克·利希特·马尔克岩石雏菊是干旱微生境的植物，如裸露的岩石露头。它们对裸露悬崖上生活压力的适应使它们非常适合入侵美国西南部的沙漠地区，因为它们在过去的500万至700万年中不断扩张。资料来源：Isaac Lichter Marck

（神秘的地球uux.cn）据美国物理学家组织网（作者：Robert Sanders, University of California - Berkeley）：在气候变化使地球上许多地区变得更热、更干燥的时候，认为沙漠是相对较新的生物群落，在过去的3000万年中有了长足的发展，这一点令人清醒。广泛的干旱地区，如今天覆盖北美西部大部分地区的沙漠，仅在过去500万至700万年内才开始出现。

了解入侵这些恶劣沙漠生物群落的植物是如何生存的，有助于预测在干旱的未来生态系统将如何发展。

一项对数百万年前首次入侵新兴沙漠的一组植物的深入研究得出结论，这些先驱岩雏菊并非不具备应对炎热、烈日和缺水的能力。他们已经适应了这种压力，同时生活在更古老、更潮湿的地区甚至热带森林中干燥、裸露的岩石露头上，所有这些都使他们更容易入侵不断扩大的干旱地区。

加利福尼亚大学伯克利分校研究员艾萨克·利希特·马尔克和布鲁斯·鲍德温，加州大学伯克利分校综合生物学教授，杰普森植物标本馆馆长，《杰普森沙漠手册：东南加州的维管植物》（2002）主编，本周，他们在《美国国家科学院院刊》上发表了关于北美沙漠中岩石雏菊演化的研究。

这项研究首次为解决长期以来的进化争论提供了证据：标志性的沙漠植物，如庄严的仙人掌、火红的仙人掌和塞西龙舌兰，是在入侵沙漠后才适应干旱条件的，还是它们预先适应了沙漠生活的压力？

Lichter Marck说，这个问题在今天是有意义的，因为气候变化导致的加速干旱正在挑战植物比过去更快地适应气候。目前，地球上大约五分之一的陆地表面是沙漠。如果说适应干旱条件只有那些已经进化来应对这种胁迫的植物才有可能，那么今天的许多植物可能没有足够的遗传工具包来生存。

在犹他州摩押Arches国家公园陡峭的砂岩悬崖上看到的凹室或空中花园岩石雏菊（Laphamia specuicola）是最近才被鉴定和描述为一种新物种。空中花园遍布科罗拉多高原，由侵蚀的砂岩形成垂直或悬垂的墙壁，为悬崖上栖息的植物提供了一个郁郁葱葱的生态位。资料来源：Isaac Lichter Marck

“如果你认为干旱只是对植物进化的一种刺激，那么在很多情况下，人们可以说这些植物是幸存者，它们是适应性的，它们会很好。它们会利用这些新条件，它们会茁壮成长，”加州大学洛杉矶分校国家科学基金会博士后研究员利希特·马尔克说。

但岩石雏菊的历史表明，“当沙漠出现时，那些具有必要的预适应能力以利用新条件的植物才是茁壮成长的植物，”他说。“在系统中增加更多的干旱并不一定意味着会发生更快速的适应性进化。可以利用新水平干旱的谱系来源有限，这对于理解气候变化对生物多样性的影响很重要。”

植物学家很久以前就意识到，当植物入侵沙漠地区时，它们很快就会多样化，以填补这种新型栖息地所创造的许多生态位。

Lichter Marck说：“即使在100万到150万年前，也很难找到像我们今天在北美看到的那样广泛的沙漠栖息地，这有点令人惊讶，因为现在沙漠和干旱栖息地是地球上最广泛的生物群落。”。“但在中新世晚期，干旱的栖息地蔓延，世界上的沙漠植物谱系，特别是仙人掌、龙舌兰和冰植物等肉质植物谱系，以及许多其他耐旱植物谱系，经历了同步的快速多样化。”

然而，古生物学家指出，在沙漠扩散之前的数千万年里，植物化石的生长特征与今天的沙漠植物相似。一些科学家，如加州大学洛杉矶分校（UCLA）和加州大学戴维斯分校（UC Davis）已故的古生态学家丹尼尔·阿克塞尔罗德（Daniel Axelrod），认为这意味着今天在沙漠中茁壮成长的植物进化得更早，并通过在干燥的微场地（如岩石露头、雨影或山顶）中生长而预先适应或接受了测试，以在沙漠条件下生存。其他人，如加州大学伯克利分校的进化生物学家莱德亚德·斯特宾斯（Ledyard Stebbins），他帮助建立了加州大学戴维斯分校遗传学系，认为干旱本身促使植物多样化，并发展出抵御干燥、炎热、强烈阳光和强风的特性。

布兰德吉岩雏菊（Peristyle brandegeana）是下加利福尼亚州维兹卡诺地区索诺兰沙漠低地栖息地中最丰富的一年生野花之一，在那里它可能会一次地毯数英里的荒地长达数月。这个名字是为了纪念凯瑟琳·布兰吉（Katherine Brandegee），她是一位开拓性的植物学家，也是加州科学院植物标本馆的馆长。资料来源：Isaac Lichter Marck

尽管岩石露头和沙漠有相似之处，但很难证明沙漠植物是由已经适应干旱压力的植物进化而来的，部分原因是化石很少在干燥的栖息地形成，也无法告诉我们这些古老植物生长的栖息地。

在Lichter Marck和Baldwin看来，岩石雏菊是一个很好的群体，可以探索两者之间的联系。一些物种生活在墨西哥热带地区干燥、裸露的岩石上，可能被认为是“微沙漠”，而其他物种则完全适应了沙漠地区，如加利福尼亚州的莫哈韦和大盆地、奇瓦瓦和索诺兰沙漠，这些沙漠覆盖了北美西部的大部分地区。

Lichter Marck说：“生活在岩石露头上的植物面临着许多与生活在干燥沙漠栖息地中的植物相同的挑战。”。岩石露头倾向于暴露在紫外线、风和干燥干燥的条件下，以及高温和霜冻。它们也倾向于更多地暴露于食草动物。

“植物处理它们的方式多种多样，但它们通常涉及某种特殊的根系形态，这有助于它们在岩石露头处扎根，以及应对干旱加剧的条件。它们的叶子往往较小，或者叶子上覆盖着浓密的毛，有助于缓冲干旱，阻挡阳光，包括紫外线。它们也有高度加强了对食草动物的化学防御，因为咀嚼后需要大量能量才能再生。"

为了在综合生物学系和杰普森植物标本馆完成博士论文，南加州人利奇特·马尔克（Lichter Marck）驾驶一辆皮卡车在亚利桑那州、加利福尼亚州、得克萨斯州和墨西哥的沙漠中漫游了几个月，并在他的蓝色头盔里约（Rio）的陪同下采集了数百个岩石乳制品样本。一些岩石雏菊是春天最引人注目的花朵之一，在沙漠中铺满了五颜六色的花朵。然而，许多植物只生长在小的地理区域，它们只生长在垂直的岩石表面或天空岛山脉上，因此很难收集。Lichter Marck是一位经验丰富的登山家，是在崎岖地形下野外工作的重要技能。

后来，他对这些物种的DNA进行了测序，对84种被认可的岩雏菊物种中的73种进行了DNA测序，并对它们的生活史进行了编目，如它们生长的地方、它们的根系类型以及它们是一年生还是多年生、草本还是灌木。然后，他将它们与化石雏菊进行了比较，以制定出这些特征演变的大致时间线，以及谱系最终向沙漠的转变。

Anza Borrego州立公园，一片短暂的野花将沙漠染成黄色。这些开花主要由菊科（菊科）的少数植物组成。许多雏菊有一个全年的生命周期，允许它们在下雨后的短时间内发芽、开花和播种，有效地避开了沙漠生活的典型特征——恶劣、干燥的条件。Rio是一只蓝盔犬或澳大利亚牧羊犬，是野外团队的重要组成部分，该团队帮助在崎岖的沙漠地形上寻找岩石雏菊。资料来源：Isaac Lichter Marck

这让他得出结论，大多数岩雏菊，尤其是第一个进入沙漠的岩雏菊属，是最大的岩雏菊，在入侵沙漠之前，由于生长在悬崖上，已经适应了炎热、干旱、风和阳光的压力。

Lichter Marck说：“这是一个明确的经验证明，最初Axelrod的沙漠植物群起源于沙漠栖息地广泛出现之前的干燥小气候。”。“这意味着，沙漠植被所特有的抗旱策略实际上可能并不代表对沙漠中干燥条件的反应。相反，它们可能是与更古老、更稳定的干燥小气候（如热带环境中的岩石露头）相关的更早演化的特征。”

他说，预适应可能是许多沙漠植物成功的关键，包括仙人掌，这些植物栖息在岩石露头处，或作为附生植物生长在热带地区的树冠中，尽管这些大型谱系需要更广泛的分析。

岩石雏菊，其中许多生活在特殊的栖息地，使它们容易灭绝，突出了保护看似生态位物种的重要性。

他说：“许多岩雏菊非常特殊，分布范围很窄，可能对整个生态系统的生存影响不大。在进化生物学和保护生物学中，地理范围狭窄的特殊生物通常被认为是脆弱的谱系，有时甚至被称为进化的死胡同。”。“这里的一个重要含义是，一群生长在热带栖息地中分散的悬崖上的生态专家在沙漠中开始了这一主要辐射。因此，这实际上表明，专家们不仅仅是濒临灭绝的脆弱谱系。他们实际上可能是进化创新的重要来源。”

Lichter Marck目前正在将他对岩石露头上生长的植物的研究扩展到夏威夷，那里许多罕见的特有物种只生活在陡峭的山脉边上。然而，他希望使用无人机，而不是攀登不稳定的悬崖，以达到罕见的标本。