तेजी से बढ़ती गर्मी और सूखे के साथ, क्या पौधे अनुकूलन कर सकते हैं?

ऐसे समय में जब जलवायु परिवर्तन के कारण ग्रह के कई क्षेत्र गर्म और शुष्क हो रहे हैं, यह सोचना गंभीर है कि रेगिस्तान अपेक्षाकृत नए बायोम हैं जो पिछले 30 मिलियन वर्षों में काफी विकसित हुए हैं। व्यापक रूप से फैले हुए शुष्क क्षेत्र, जैसे कि रेगिस्तान जो आज पश्चिमी उत्तरी अमेरिका के अधिकांश भाग को कवर करते हैं, पिछले 5 से 7 मिलियन वर्षों में ही उभरने लगे।

यह समझना कि इन कठोर रेगिस्तानी बायोमों पर आक्रमण करने वाले पौधे किस प्रकार जीवित बचे रहे, इससे यह अनुमान लगाने में मदद मिल सकती है कि शुष्क भविष्य में पारिस्थितिकी तंत्र कैसा होगा।

पौधों के एक समूह का गहन अध्ययन जिसने सबसे पहले उभरते हुए पौधों पर आक्रमण किया रेगिस्तान लाखों साल पहले के शोध से यह निष्कर्ष निकलता है कि ये अग्रणी - रॉक डेज़ी - गर्मी, चिलचिलाती धूप और पानी की कमी से निपटने के लिए तैयार नहीं थे। उन्होंने पुराने, अधिक नम क्षेत्रों और यहां तक ​​कि शुष्क, उजागर चट्टानी क्षेत्रों में रहते हुए ऐसे तनावों के लिए अनुकूलन विकसित किया था। उष्णकटिबंधीय वनजिससे उनके लिए विस्तारित शुष्क क्षेत्रों पर आक्रमण करना आसान हो गया।

यूनिवर्सिटी ऑफ कैलिफोर्निया, बर्कले के शोधकर्ता आइजैक लिचर-मार्क और यूसी बर्कले के एकीकृत जीव विज्ञान के प्रोफेसर, जेपसन हर्बेरियम के क्यूरेटर और "द जेपसन डेजर्ट मैनुअल: वैस्कुलर प्लांट्स ऑफ साउथईस्टर्न कैलिफोर्निया" (2002) के मुख्य संपादक ब्रूस बाल्डविन ने इस सप्ताह जर्नल में उत्तरी अमेरिकी रेगिस्तानों में रॉक डेजी के विकास के बारे में अपना अध्ययन प्रकाशित किया। नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज की कार्यवाही.

यह अध्ययन लंबे समय से चली आ रही विकासवादी बहस को हल करने के लिए साक्ष्य प्रदान करने वाला पहला अध्ययन है: क्या प्रतिष्ठित रेगिस्तानी पौधेआलीशान सगुआरो कैक्टस की तरह, ज्वलंत ओकोटिलोस और सीउसियन एगेव्स भी अनुकूलन करते हैं शुष्क परिस्थितियाँ क्या ऐसा उन्होंने रेगिस्तानों पर आक्रमण करने के बाद ही किया, या फिर वे रेगिस्तान में रहने के तनावों के लिए पहले से ही अनुकूलित थे?

लिचर-मार्क ने कहा कि यह सवाल आज भी प्रासंगिक है, क्योंकि जलवायु परिवर्तन के कारण बढ़ती शुष्कता के कारण पौधों को पहले की तुलना में कहीं अधिक तेजी से अनुकूलन करने में चुनौती मिल रही है। पहले से ही, पृथ्वी की भूमि की सतह का लगभग पाँचवाँ हिस्सा रेगिस्तान है। यदि शुष्क परिस्थितियों के लिए अनुकूलन केवल उन पौधों के लिए संभव था जो पहले से ही ऐसे तनावों से निपटने के लिए विकसित हो चुके थे, तो आज कई पौधे जीवित रहने के लिए पर्याप्त आनुवंशिक उपकरण किट से लैस नहीं हो सकते हैं।

"यदि आप शुष्कता को केवल पौधों के विकास के लिए एक प्रेरणा के रूप में देखते हैं, तो कई मामलों में लोग कह सकते हैं कि ये पौधे जीवित हैं, वे अनुकूलन कर सकते हैं, और वे ठीक रहेंगे। वे इन नई स्थितियों का लाभ उठाएंगे, और वे पनपेंगे," लिचर-मार्क ने कहा, जो यूसीएलए में नेशनल साइंस फाउंडेशन के पोस्टडॉक्टरल रिसर्च फेलो भी हैं।

लेकिन रॉक डेज़ी का इतिहास बताता है कि "जब रेगिस्तान उभरे, तो वे पौधे जो नई परिस्थितियों का लाभ उठाने के लिए आवश्यक पूर्व-अनुकूलन कर पाए, वे ही पनपे," उन्होंने कहा। "प्रणाली में और अधिक शुष्कता जोड़ने का मतलब यह नहीं है कि अधिक तेज़ अनुकूली विकास होगा। वंशों का एक सीमित स्रोत है जो शुष्कता के नए स्तरों का लाभ उठा सकता है, और यह जैव विविधता पर जलवायु परिवर्तन के प्रभाव को समझने के लिए महत्वपूर्ण है।"

सात साल रेगिस्तान में भटकते रहे

वनस्पतिशास्त्रियों ने बहुत पहले ही यह समझ लिया था कि जब पौधे रेगिस्तानी क्षेत्रों पर आक्रमण करते हैं, तो वे इस नए प्रकार के आवास द्वारा निर्मित अनेक स्थानों को भरने के लिए शीघ्रता से विविधतापूर्ण हो जाते हैं।

लिचर-मार्क ने कहा, "यहां तक ​​कि 1 मिलियन से 1.5 मिलियन साल पहले भी, उत्तरी अमेरिका में आज की तरह व्यापक रेगिस्तानी आवासों को खोजना मुश्किल रहा होगा, जो कि आश्चर्यजनक है क्योंकि अब रेगिस्तान और शुष्क आवास पृथ्वी पर सबसे व्यापक बायोम हैं।" "लेकिन मियोसीन युग के अंत में, शुष्क आवास फैल गए, और दुनिया के रेगिस्तानी पौधों की वंशावली, विशेष रूप से कैक्टि, एगेव और बर्फ के पौधों जैसे रसीले वंश - साथ ही कई अन्य सूखा सहिष्णु वंश - एक साथ तेजी से विविधीकरण से गुजरे।"

हालांकि, जीवाश्म विज्ञानियों ने बताया कि रेगिस्तानों के प्रसार से लाखों साल पहले पनपने वाले जीवाश्म पौधों में आज के रेगिस्तानी पौधों के समान विशेषताएं थीं। यूसीएलए और यूसी डेविस के दिवंगत पैलियोइकोलॉजिस्ट डैनियल एक्सेलरोड जैसे कुछ वैज्ञानिकों ने तर्क दिया कि इसका मतलब है कि आज रेगिस्तान में पनपने वाले पौधे पहले विकसित हुए थे और वे शुष्क सूक्ष्म स्थानों जैसे कि चट्टानी चट्टानों, वर्षा छाया या पर्वत शिखरों में उगकर रेगिस्तानी परिस्थितियों में जीवित रहने के लिए पहले से अनुकूलित थे। यूसी बर्कले के लेडयार्ड स्टेबिन्स जैसे अन्य लोग, जो एक विकासवादी जीवविज्ञानी हैं और जिन्होंने यूसी डेविस डिपार्टमेंट ऑफ जेनेटिक्स की स्थापना में मदद की, ने तर्क दिया कि शुष्कता ने ही पौधों को विविधता लाने और सूखापन, गर्मी, तीव्र धूप और तेज हवाओं का सामना करने के लिए गुण विकसित करने के लिए प्रेरित किया।

चट्टानी चट्टानों और रेगिस्तानों के बीच समानताओं के बावजूद, यह साबित करना कठिन रहा है कि रेगिस्तानी पौधे उन पौधों से उत्पन्न हुए हैं जो पहले से ही शुष्कता के दबावों के अनुकूल थे, आंशिक रूप से इसलिए क्योंकि शुष्क आवासों में जीवाश्म बहुत कम बनते हैं और वे हमें उस आवास के बारे में ज्यादा कुछ नहीं बता सकते जिसमें ये प्राचीन पौधे उग रहे थे।

लिचर-मार्क और बाल्डविन के अनुसार, रॉक डेज़ी, जिन्हें सूरजमुखी परिवार में पेरिटिली जनजाति में वर्गीकृत किया गया है, एक अच्छा समूह था जिसमें संबंध का पता लगाया जा सकता था। कुछ प्रजातियाँ मेक्सिको के उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में सूखी, उजागर चट्टान पर रहती हैं - जिन्हें "सूक्ष्म-रेगिस्तान" माना जा सकता है - जबकि अन्य पूरी तरह से रेगिस्तानी क्षेत्रों में अनुकूलित हो गए हैं, जैसे कि कैलिफोर्निया में मोजावे और ग्रेट बेसिन, चिहुआहुआन और सोनोरन रेगिस्तान जो पश्चिमी उत्तरी अमेरिका के अधिकांश हिस्से को कवर करते हैं।

लिचर-मार्क ने कहा, "पत्थर की चट्टानों पर रहने वाले पौधों को भी सूखे, रेगिस्तानी आवास में रहने वाले पौधों जैसी ही चुनौतियों का सामना करना पड़ता है।" "चट्टान की चट्टानें आमतौर पर यूवी प्रकाश, हवा और शुष्क, शुष्क परिस्थितियों के साथ-साथ गर्मी और ठंढ के संपर्क में रहती हैं। वे शाकाहारी जानवरों के संपर्क में भी अधिक आते हैं।

"पौधे इनसे निपटने के लिए कई तरह के तरीके अपनाते हैं, लेकिन आमतौर पर इनमें कुछ खास जड़ आकृति विज्ञान शामिल होता है जो उन्हें चट्टानों में जड़ जमाने में मदद करता है, साथ ही साथ अत्यधिक शुष्क परिस्थितियों से भी निपटने में मदद करता है। और उनके पत्ते छोटे होते हैं, या बालों से ढके हुए पत्ते होते हैं जो उन्हें सूखे से बचाते हैं और यूवी प्रकाश सहित सूरज की रोशनी को रोकते हैं। वे शाकाहारी जानवरों के खिलाफ़ रासायनिक सुरक्षा भी रखते हैं, क्योंकि चबाए जाने के बाद उन्हें फिर से बनने में बहुत ऊर्जा लगती है।"

For his Ph.D. thesis in the Department of Integrative Biology and at the Jepson Herbarium, Lichter-Marck, a Southern California native, roamed the deserts of Arizona, California, Texas and Mexico for months at a time in a pickup truck, accompanied by his blue heeler, Rio, to collect hundreds of specimens of rock daises. Some rock daisies are among the most dramatic bloomers in spring, carpeting the desert with colorful blossoms. Many, however, are limited to small geographic regions where they grow only on vertical rock faces or sky island mountain ranges, making them hazardous to collect. Lichter-Marck is an experienced mountaineer, an important skillset for क्षेत्र का काम उबड़-खाबड़ इलाके में.

बाद में उन्होंने इन नमूनों के डीएनए को अनुक्रमित किया - रॉक डेज़ी की 73 मान्यता प्राप्त प्रजातियों में से 84 - और उनके जीवन इतिहास को सूचीबद्ध किया, जैसे कि वे कहाँ उगते थे, उनकी जड़ प्रणाली किस प्रकार की थी, और क्या वे वार्षिक या बारहमासी थे, एक जड़ी बूटी या झाड़ी। फिर उन्होंने इन विशेषताओं के विकास और वंश के रेगिस्तान में अंततः बदलाव की एक मोटी समयरेखा विकसित करने के लिए उनकी तुलना जीवाश्म डेज़ी से की।

इससे वह इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि अधिकांश रॉक डेजी - विशेष रूप से, लैपेमिया वंश, जो रेगिस्तान में जाने वाला पहला था और सबसे बड़ा रॉक डेजी वंश है - ने रेगिस्तान पर आक्रमण करने से पहले चट्टानों पर उगने के कारण गर्मी, शुष्कता, हवा और सूरज के दबाव के अनुकूल खुद को ढाल लिया था।

लिचर-मार्क ने कहा, "यह मूल रूप से एक्सेलरोड की परिकल्पना का एक स्पष्ट अनुभवजन्य प्रदर्शन है - रेगिस्तानी वनस्पति समूह की उत्पत्ति रेगिस्तानी आवासों के व्यापक उद्भव से पहले शुष्क सूक्ष्म जलवायु में हुई थी।" "इसका मतलब यह है कि सूखे की सहनशीलता के लिए रणनीतियाँ जो रेगिस्तानी वनस्पतियों की इतनी विशेषता हैं, वे वास्तव में रेगिस्तान में पाए जाने वाले शुष्क परिस्थितियों के प्रति प्रतिक्रिया का प्रतिनिधित्व नहीं कर सकती हैं। इसके बजाय, वे ऐसे लक्षण हो सकते हैं जो बहुत पुराने और अधिक स्थिर शुष्क सूक्ष्म जलवायु, जैसे उष्णकटिबंधीय सेटिंग्स में रॉक आउटक्रॉप के साथ पहले विकसित हुए थे।"

उन्होंने कहा कि पूर्व-अनुकूलन कई रेगिस्तानी पौधों की सफलता की कुंजी हो सकता है, जिनमें कैक्टस भी शामिल हैं, जो चट्टानों के ऊपर उगते हैं या उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में वृक्षों के छत्रों में एपीफाइट्स के रूप में विकसित होते हैं, हालांकि इन बड़ी वंशावली के लिए बहुत अधिक विस्तृत विश्लेषण की आवश्यकता होगी।

रॉक डेजी, जिनमें से कई विशिष्ट आवासों में रहते हैं, जो उन्हें विलुप्त होने के लिए संवेदनशील बनाते हैं, विशिष्ट प्रजातियों के संरक्षण के महत्व को उजागर करते हैं।

उन्होंने कहा, "बहुत सारे रॉक डेज़ी बहुत ही विशिष्ट हैं और इनका वितरण बहुत संकीर्ण है और इन्हें पूरे पारिस्थितिकी तंत्र के अस्तित्व के लिए कम महत्वपूर्ण माना जा सकता है। विकासवादी जीव विज्ञान और संरक्षण जीव विज्ञान में, संकीर्ण भौगोलिक सीमाओं वाले विशिष्ट जीवों को अक्सर कमजोर वंश माना जाता है और कभी-कभी उन्हें विकासवादी मृत अंत भी कहा जाता है।" "यहाँ एक महत्वपूर्ण निहितार्थ यह है कि उष्णकटिबंधीय आवासों में बिखरी चट्टानों पर उगने वाले पारिस्थितिकी विशेषज्ञों के एक समूह ने रेगिस्तान में इस प्रमुख विकिरण को शुरू किया। इसलिए, यह वास्तव में दिखाता है कि विशेषज्ञ केवल विलुप्त होने के कगार पर मौजूद ये कमजोर वंश नहीं हैं। वे वास्तव में विकास में नवाचार के लिए वास्तव में महत्वपूर्ण स्रोत हो सकते हैं।"

लिचर-मार्क वर्तमान में अपने अध्ययन का विस्तार कर रहे हैं पौधों जो हवाई के चट्टानों पर उगते हैं, जहाँ कई दुर्लभ स्थानिक प्रजातियाँ केवल खड़ी पहाड़ियों के किनारों पर रहती हैं। हालाँकि, दुर्लभ नमूनों तक पहुँचने के लिए खतरनाक चट्टानों पर चढ़ने के बजाय, वह ड्रोन का उपयोग करने की उम्मीद करता है।