De los protosuelos de los afloramientos rocosos a la colonización de los Desiertos (plantas litofitas epilíticas, saxícolas o rupícolas)
Fuente: Colaje imágenes Google
La noticia de hoy es como mínimo interesante y sugerente. Otro tema deviene de que sea parte de un debate paleoecológico que viene prolongándose durante décadas. Y hago alusión a este tema, dado que los científicos, como humanos, proponemos hipótesis y finalmente debatidos sobre si somos partidarios de una o de otra, cuando en realidad no son mutuamente excluyentes. Hablamos de la rivalidad entre exaptation y preadaptación en materia de evolución biológica. La noticia va de suelos, como veremos continuación, pero vayamos por partes.
Hoy creemos saber que la gran expansión de los desiertos de produjo en el cenozoico, y más concretamente en muchos espacios geográficos durante el Mioceno. El dilema paleoecológico y geobotánico residía en como habían sido colonizados los desiertos por la vegetación, si con anterioridad los climas eran considerablemente más húmedos. Estaban los colegas que defendían que tal hecho se produjo mediante la denominada preadaptación y los que defendían el mecanismo de la exaptation, cuya racionalidad se describe brevemente abajo. Conforme a los resultados de un trabajo bastante concienzudo y con rico contenido en material edafológico¿¿?? Los autores del estudio defienden que, sin duda alguna, la exaptation salió victoriosa. Tan solo una objeción, por cuanto trabajando tan solo con un grupo de plantas emparentadas taxonómicamente, las conclusiones podrían ser sesgadas y debatibles. Y ¿de dónde provenían las especies vegetales que pudieron colonizar aquellos espacios virtualmente vacíos? El trabajo dice demostrar que, de los protosuelos, que viven en las fisuras de las rocas, adaptados a condiciones extremas por el déficit de agua, fuertes vientos, etc. Hablamos pues de afloramientos rocosos cuya cartografía solemos dejar en blanco en los mapas de suelos con tal término, ya que antaño no eran considerados edafotaxa y actualmente su inventario se vería prácticamente impedido por el diminuto tamaño de muchos de tales microhábitats, a los que los autores de esta indagación denominan “microdesiertos”. Quien no acuña vocablos nuevos debe padecer de un encefalograma plano. Y estos son considerados endemismos edáficos en afloramientos rocosos, según los autores. No entraré en debates sobre clasificación de suelos. Sin embargo, queda claro que hasta los “suelos no suelos” pueden haber sido se extrema importancia en la evolución sobre la superficie emergida de los continentes. Eso si, toda la desiderata que añaden respecto a la importancia del estudio en lo concerniente a los futuros cambios climáticos, siguen siendo coletillas espurias que se colocan sin cesar para el hastío de, muchos de los lectores, y especialmente el mío.
Abajo os explico mediante el contenido de varios enlaces tanto los términos como toda la historia arriba resumida.
Juan José Ibáñez
Continúa………..
Post y enlaces de Interés.
Suelos Endémicos y Geografía de Suelos
La vida vegetal en hábitats extremos
Vegetación rupícola ahora llamadas litofitas epilíticas, saxícolas o rupícolas
Exaptación Wikipedia: En biología, se conoce como exaptación a aquella estructura de un organismo que evoluciona originalmente como un rasgo que provee adaptación a unas determinadas condiciones, y una vez que ya está consolidado (generalmente, varios millones de años después) comienza a ser utilizado y perfeccionado en pos de una nueva finalidad, en ocasiones no relacionada en absoluto con su «propósito» original. El concepto fue usado por primera vez en el artículo Exaptation – a missing term in the science de Stephen Jay Gould y Elisabeth Vrba, donde se trataba de explicar el origen de adaptaciones sumamente complejas a partir de estructuras sencillas, sin caer del todo en la idea de la preadaptación.
Especialización edáfica en afloramientos desnudos y rocosos como factor en la evolución de las angiospermas
Con el rápido aumento del calor y la sequía, ¿pueden las plantas adaptarse?
Por Staff Writers; Berkeley CA (SPX) 01 de febrero de 2023
En un momento en que el cambio climático está haciendo que muchas áreas del planeta sean más cálidas y secas, es aleccionador pensar que los desiertos son biomas relativamente nuevos que han crecido considerablemente en los últimos 30 millones de años. Las regiones áridas generalizadas, como los desiertos que hoy cubren gran parte del oeste de América del Norte, comenzaron a surgir solo en los últimos 5 a 7 millones de años.
Un estudio intensivo de un grupo de plantas que invadieron por primera vez los desiertos emergentes hace millones de años concluye que estos pioneros, las margaritas de roca, no vinieron sin equipo para lidiar con el calor, el sol abrasador y la falta de agua. Habían desarrollado adaptaciones a tales tensiones mientras vivían en afloramientos rocosos secos y expuestos dentro de áreas más antiguas y húmedas e incluso bosques tropicales, todo lo cual les facilitó invadir áreas áridas en expansión.
El estudio realizado por el investigador Isaac Lichter-Marck de la Universidad de California, Berkeley, es el primero en proporcionar evidencia para resolver un debate evolutivo de larga data: ¿Las plantas icónicas del desierto, como los majestuosos cactus saguaro, los ocotillos en llamas y los agaves de Seussian, se adaptaron a las condiciones áridas solo después de invadir los desiertos? ¿O vinieron preadaptados al estrés de la vida en el desierto?
La pregunta tiene relevancia hoy, dijo Lichter-Marck, porque acelerar la aridez debido al cambio climático está desafiando a las plantas a adaptarse mucho más rápidamente de lo que lo han hecho en el pasado. Ya, alrededor de una quinta parte de la superficie terrestre de la Tierra es desierto. Si la adaptación a las condiciones áridas solo fuera posible para las plantas que ya habían evolucionado para lidiar con tales tensiones, entonces muchas hoy en día pueden no estar equipadas con un kit de herramientas genéticas adecuadas para sobrevivir.
«Si piensas en la aridez solo como un estímulo para la evolución de las plantas, entonces en muchos casos la gente podría decir que estas plantas son sobrevivientes, son adaptables y estarán bien. Aprovecharán estas nuevas condiciones y prosperarán«, dijo Lichter-Marck, quien también es investigador postdoctoral de la Fundación Nacional de Ciencias en UCLA.
Pero la historia de las margaritas rocosas sugiere que «cuando surgieron los desiertos, aquellas plantas que tenían las preadaptaciones necesarias para aprovechar las nuevas condiciones fueron las que prosperaron«, dijo. «Agregar más aridificación al sistema no significa necesariamente que se producirá una evolución adaptativa más rápida. Hay una fuente limitada de linajes que pueden aprovechar los nuevos niveles de aridez, y eso es importante para comprender el efecto del cambio climático en la biodiversidad».
Lichter-Marck y Bruce Baldwin, profesor de biología integrativa de UC Berkeley, curador del Herbario Jepson y editor jefe de The Jepson Desert Manual: Vascular Plants of Southeastern California (2002), publicaron su estudio sobre la evolución de las margaritas de roca en los desiertos de América del Norte esta semana en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
Siete años vagando por el desierto
Los botánicos se dieron cuenta hace mucho tiempo de que cuando las plantas invadían las áreas desérticas, se diversificaban rápidamente para llenar los muchos nichos creados por este nuevo tipo de hábitat.
«Incluso hace tan solo 1 millón a 1,5 millones de años, habría sido difícil encontrar hábitats desérticos generalizados como los que vemos hoy en América del Norte, lo cual es algo sorprendente porque ahora los desiertos y los hábitats áridos son el bioma más extendido en la tierra«, dijo Lichter-Marck. «Pero durante la época del Mioceno tardío, los hábitats secos se extendieron, y los linajes de plantas del desierto del mundo, especialmente los linajes suculentos como los cactus, los agaves y las plantas de hielo, así como muchos otros linajes tolerantes a la sequía, experimentaron una rápida diversificación sincrónica«.
Los paleontólogos señalaron, sin embargo, que las plantas fosilizadas que prosperaron decenas de millones de años antes de la proliferación de los desiertos tenían características similares a las de las plantas del desierto en la actualidad. Algunos científicos, como el paleoecólogo Daniel Axelrod de UCLA y UC Davis, argumentaron que esto significaba que las plantas que prosperaron en el desierto hoy evolucionaron antes y fueron preadaptadas, o exaptadas, para sobrevivir a las condiciones del desierto al crecer en micrositios secos, como afloramientos rocosos, sombras de lluvia o cimas de montañas. Otros, como Ledyard Stebbins de UC Berkeley, un biólogo evolutivo que ayudó a fundar el Departamento de Genética de UC Davis, argumentaron que la aridez en sí misma estimuló a las plantas a diversificarse y desarrollar rasgos para resistir la sequedad, el calor, la luz solar intensa y los fuertes vientos.
A pesar de las similitudes entre los afloramientos rocosos y los desiertos, ha sido difícil probar que las plantas del desierto descienden de plantas ya adaptadas a las tensiones de la aridez, en parte porque los fósiles rara vez se forman en hábitats secos y no pueden decirnos mucho sobre el hábitat en el que crecían estas plantas antiguas.
Para Lichter-Marck y Baldwin, las margaritas de roca, que se clasifican en la tribu Perityleae en la familia del girasol, parecían un buen grupo en el que explorar la conexión. Algunas especies viven en rocas secas y expuestas en áreas tropicales de México, lo que podría considerarse «microdesiertos«, mientras que otras se han adaptado completamente a áreas desérticas, como el Mojave en California y la Gran Cuenca, los desiertos de Chihuahua y Sonora que cubren la mayor parte del oeste de América del Norte.
«Las plantas que viven en afloramientos rocosos enfrentan muchos de los mismos desafíos que las que viven en un hábitat seco y desértico«, dijo Lichter-Marck. «Los afloramientos rocosos tienden a estar expuestos a la luz UV, al viento y a condiciones secas y desecantes, así como al calor y las heladas. También tienden a estar más expuestos a los herbívoros.
«Las formas en que las plantas lidian con ellos son diversas, pero generalmente involucran algún tipo de morfología de raíces especializadas que les ayuda a anclarse en afloramientos rocosos, así como a lidiar con las condiciones áridas elevadas. Y tienden a tener hojas más pequeñas, u hojas con una densa cubierta de pelos que ayudan a amortiguarlos contra la sequía y bloquean la luz solar, incluida la luz UV. También tienden a tener mayores defensas químicas contra los herbívoros, porque se necesita mucha energía para regenerarse después de ser masticados».
Para su tesis doctoral en el Departamento de Biología Integrativa y en el Herbario Jepson, Lichter-Marck, nativo del sur de California, recorrió los desiertos de Arizona, California, Texas y México durante meses en una camioneta, acompañado por su tacón azul, Rio, para recolectar cientos de especímenes de margaritas de roca. Algunas margaritas de roca se encuentran entre las flores más dramáticas en primavera, alfombrando el desierto con flores coloridas. Muchos, sin embargo, se limitan a pequeñas regiones geográficas donde crecen solo en paredes rocosas verticales o cadenas montañosas de islas del cielo, lo que las hace peligrosas de recolectar. Lichter-Marck es un montañero experimentado, un conjunto de habilidades importantes para el trabajo de campo en terrenos difíciles.
Más tarde secuenció el ADN de estos especímenes, 73 de las 84 especies reconocidas de margaritas de roca, y catalogó sus historias de vida, como dónde crecieron, qué tipo de sistema radicular tenían y si eran anuales o perennes, una hierba o un arbusto. Luego los comparó con margaritas fosilizadas para desarrollar una línea de tiempo aproximada de la evolución de estas características y el eventual cambio del linaje a los desiertos.
Esto le permitió concluir que la mayoría de las margaritas de roca, en particular, el género Laphamia, que fue el primero en mudarse a los desiertos y es el género de margaritas de roca más grande, se habían adaptado al estrés del calor, la aridez, el viento y el sol en virtud de su crecimiento en los acantilados antes de invadir los desiertos.
«Esta es una clara demostración empírica de lo que originalmente era la hipótesis de Axelrod: de un grupo de plantas del desierto que se originaba en microclimas secos antes de la aparición generalizada de hábitats desérticos», dijo Lichter-Marck. «Lo que esto significa es que las estrategias para la tolerancia a la sequía que son tan características de la vegetación del desierto podrían no representar realmente respuestas a las condiciones secas que se encuentran en los desiertos. En cambio, podrían ser rasgos que evolucionaron antes en asociación con microclimas secos mucho más antiguos y estables, como afloramientos rocosos en entornos tropicales«.
La preadaptación puede ser la clave del éxito de muchas plantas del desierto, incluidos los cactus, que se sabe que habitan en afloramientos rocosos o crecen como epífitas en las copas de los árboles dentro de las áreas tropicales, aunque estos grandes linajes requerirían un análisis mucho más extenso, dijo.
Las margaritas de roca, muchas de las cuales viven en hábitats especializados que las hacen vulnerables a la extinción, resaltan la importancia de conservar especies aparentemente de nicho.
«Muchas de las margaritas de roca son muy especializadas y tienden a ser muy estrechas en su distribución y podrían verse como menos significativas para la supervivencia del ecosistema en su conjunto. En biología evolutiva y en biología de la conservación, los organismos especializados con rangos geográficos estrechos a menudo se consideran linajes vulnerables y, a veces, incluso se han llamado callejones sin salida evolutivos», dijo. «Una implicación importante aquí es que un grupo de especialistas ecológicos que crecen en acantilados dispersos en hábitats tropicales comenzaron esta gran radiación en el desierto. Entonces, en realidad muestra que los especialistas no son solo estos linajes vulnerables al borde de la extinción. En realidad, podrían ser fuentes realmente importantes para la innovación en la evolución«.
Lichter-Marck actualmente está extendiendo su estudio de las plantas que crecen en afloramientos rocosos a Hawai, donde muchas especies endémicas raras viven solo en las laderas de montañas escarpadas. Sin embargo, en lugar de escalar acantilados precarios para alcanzar especímenes raros, espera usar drones.
El trabajo fue financiado por el Programa de Becas de la Institución Smithsonian, la Fundación Philomathia, el Departamento de Biología Integrativa de UC Berkeley, el Sistema de Reservas Naturales de la Universidad de California, la Sociedad de Biólogos Sistemáticos, la Sociedad Americana de Taxónomos de Plantas, la Sociedad de Plantas Nativas de California, la Sociedad Botánica de California, los Botánicos del Sur de California y el Fondo Lawrence R. Heckard del Herbario Jepson.
Informe de investigación: Especialización edáfica en afloramientos desnudos y rocosos como factor en la evolución de las angiospermas del desierto
Enlaces
Especialización edáfica en afloramientos rocosos desnudos como factor en la evolución de las angiospermas del desierto
Isaac H. Lichter-Marck https://orcid.org/0000-0003-3575-6003 ilichtermarck@berkeley.edu y Bruce G. Baldwin https://orcid.org/0000-0002-0028-2242 Información de los autores y afiliaciones; aceptado el 12 de diciembre de 2022. enero 30, 2023: 120 (6) e2214729120; https://doi.org/10.1073/pnas.2214729120
Importancia
Las condiciones ambientalmente estresantes que se encuentran en las regiones desérticas a menudo se han implicado como el factor principal en la evolución de la tolerancia a la sequía en las plantas del desierto. Sin embargo, muchos linajes icónicos de plantas del desierto evolucionaron antes de la reciente aparición de climas áridos generalizados, lo que sugiere un papel importante para la preadaptación (exaptación). Proporcionamos apoyo empírico para este punto de vista al mostrar que la evolución de la historia de vida asociada con la especialización ecológica en afloramientos rocosos fue un precursor del establecimiento y la diversificación extensa en los desiertos de América del Norte en las margaritas rocosas del desierto (Perityleae). Advertimos contra la suposición de la presencia de antiguos biomas secos basados en filogenias calibradas en el tiempo y enfatizamos las respuestas potencialmente limitadas de los organismos a la creciente aridez causada por el cambio climático global.
Abstracto
Comprender los procesos que permiten a los organismos desplazarse a ambientes más áridos a medida que emergen es fundamental para medir la resiliencia al cambio climático, sin embargo, estas fuerzas siguen siendo poco conocidas. En un estudio exhaustivo basado en clados, investigamos los cambios recientes en los desiertos de América del Norte en las margaritas de roca (tribu Perityleae), una tribu diversa de girasoles del desierto (Compositae). Tomamos muestras de margaritas de roca en dos zonas de contacto separadas entre el bosque tropical caducifolio y los biomas desérticos en el oeste de América del Norte e inferimos una filogenia calibrada en el tiempo basada en los datos de la secuencia de captura del objetivo. Inferimos cambios en el bioma utilizando inferencia bayesiana con modelos informados por el paleobioma y encontramos evidencia de siete cambios independientes en hábitats desérticos desde el inicio de la aridificación en el Mioceno tardío. El primer cambio ocurrió fuera de los bosques tropicales caducifolios y condujo a una extensa radiación en todos los desiertos de América del Norte que representa la mayoría de las margaritas de roca del desierto existentes. Las estimaciones de la historia de vida y el microhábitat en las margaritas rocosas revelan una correlación entre una historia de vida perenne suffrutescente y el endemismo edáfico en afloramientos rocosos, una especialización ecológica que evolucionó antes del establecimiento y la diversificación en los desiertos. El hecho de que la radiación insular de las margaritas rocosas del desierto provenga de ancestros preadaptados para condiciones secas como endémicas edáficas en bosques caducifolios tropicales con densa vegetación en el noroeste de México subraya el papel crucial de la exaptación y la dispersión para los cambios en ambientes áridos.