La prima analisi "big data" delle piante autoctone della California, utilizzando informazioni digitalizzate da più di 22 erbari e giardini botanici in tutto lo stato, offre alcune sorprese su una delle aree più studiate e uniche del paese.

Per uno, le regioni aride dello stato, compresi deserti come la Valle della Morte, sono punti caldi per l'origine di nuove specie vegetali e per fornire rifugio a piante più vecchie che sono scomparse altrove.

L'obiettivo dello studio era individuare luoghi con un numero elevato di piante endemiche, quelle con areali molto piccoli, per dare la priorità agli sforzi di conservazione della California mentre lo sviluppo umano invade le terre selvagge. Utilizzando le informazioni sulle relazioni familiari tra tutte le specie in un dato sito, i ricercatori sono stati in grado di distinguere tra aree in cui le piante sono endemiche perché hanno avuto origine di recente lì - ciò che viene chiamato neoendemismo - rispetto alle piante che sono gli ultimi resti della loro specie, cosiddetto paleoendemismo.

"Uno è un asilo nido, un grappolo di nuove stirpi, mentre l'altro è una casa di cura, un gruppo di antiche stirpi, " ha detto il borsista post-dottorato Andrew Thornhill, l'autore principale dello studio. "Sono entrambi preziosi, ma per ragioni diverse. Vuoi proteggere i centri in cui sembra che una nuova diversità sia e stia sorgendo, e vuoi anche proteggere i luoghi dove la diversità più antica ha trovato rifugio ed è riuscita a sopravvivere. Entrambi forniscono una polizza assicurativa genetica per ciò che potrebbe accadere in futuro; più diversità genetica che è preservata ora, la migliore possibilità che venga conservato qualcosa che sarà in grado di far fronte a qualsiasi cosa accada in futuro."

minacciosamente, queste zone aride, come la Valle dell'Antilope, sono anche punti caldi dello sviluppo dell'energia solare. Per installare parchi solari, le aziende abbattono le piante e spruzzano erbicidi per impedire loro di tornare.

"Queste aree sono minacciate perché è lì che vogliono generare energia solare, trasformare il terreno in un lotto libero. Molte persone hanno l'impressione errata che il deserto sia un luogo senza vita, " ha detto Brent Mishler, un professore di biologia integrata, senior fellow presso il Berkeley Institute for Data Science e autore senior dello studio, che è stato pubblicato in ottobre sulla rivista Biologia BMC .

Non sorprendentemente, la California nordoccidentale è ricca di piante endemiche, sia nuovi che vecchi, associati alle foreste di sequoie costiere. Inoltre come previsto, Il sud-est della California e il deserto del Colorado/Sonora dello stato sono risultati essere punti caldi per la nascita di nuovi impianti e case di cura per quelli vecchi.

Ma la sorpresa principale è stata che la maggior parte delle aree con il più alto endemismo vegetale sono aride. Ciò include non solo la Valle della Morte e il deserto del Mojave settentrionale e orientale, ma anche la catena White-Inyo a est della Sierra Nevada e le Isole del Canale meridionali (San Clemente e Santa Catalina). Ciò può essere dovuto al fatto che questi luoghi hanno nicchie ecologiche più vuote in cui le piante possono trasferirsi, trovare rifugio, e in alcuni casi si evolvono per formare nuove specie, disse Mishler.

D'altra parte, alcune aree precedentemente ritenute focolai di endemismo:le montagne di San Gabriel e San Bernardino, Per esempio, e le Isole del Canale settentrionali, erano solo nella media.

Coautore Bruce Baldwin, professore di biologia integrativa e caporedattore sia di The Jepson Desert Manual (2002) che della seconda edizione di The Jepson Manual:Vascular Plants of California (2012), notato che il defunto botanico dell'UC Berkeley e dell'UC Davis Ledyard Stebbins ha individuato le aree aride come potenziali siti per l'evoluzione di nuova biodiversità, in parte perché presentano diverse sfide ambientali che possono essere affrontate da un'ampia gamma di potenziali adattamenti.

"I deserti in espansione offrono opportunità ecologiche, il che significa non solo nuovo habitat, ma anche habitat che sono stati lasciati liberi da cose che sono state estirpate o portate all'estinzione a causa del cambiamento climatico, " disse Baldovino.

Per scoprire questi modelli, Il team di Mishler ha sviluppato un nuovo modo di valutare la biodiversità e l'endemismo che combina dati standard come la gamma di piante con dati genetici per generare una misura di "endemismo filogenetico, " fondamentalmente una misura di quanto sia rara e geneticamente unica una pianta. Ha dimostrato il valore di questo metodo diversi anni fa quando ha valutato l'endemismo di un altro centro unico di diversità vegetale, Australia, che aveva già database digitalizzati della sua flora. Il progetto della California ha dovuto attendere che le collezioni di piante dello stato fossero digitalizzate attraverso il Consortium of California Herbaria; all'Università di Berkeley, la digitalizzazione è stata finanziata in gran parte dalla National Science Foundation.

Mishler e i suoi colleghi hanno incluso nella loro analisi quasi 1, 100 lignaggi che rappresentano oltre 5, 000 specie di piante nello stato, utilizzando i dati di sequenza esistenti per un insieme specifico di geni prelevati da database di DNA, e l'aggiunta di dati di sequenziamento appena generati presso l'UC Berkeley per colmare le lacune.

Uno studio pubblicato a marzo su Giornale americano di botanica e guidato da Baldwin ha utilizzato lo stesso database digitale, incorporando i dati per tutti e 5, 000 specie ma senza utilizzare dati genetici, per esaminare la ricchezza delle specie e l'endemismo in tutto lo stato. Anche questo studio ha rivelato delle sorprese, come l'alto endemismo nelle aree sottosviluppate della penisola di San Francisco, rivaleggiando con altre regioni della Bay Area precedentemente identificate come hotspot di endemismo.

Mishler ha notato che la California è sempre stata un posto speciale per le piante, quasi come un'isola - si chiama California Floristic Province - perché è isolata dall'oceano a ovest, deserti a est e a sud, e montagne a nord.

"La California è una specie di sistema modello per la flora, lo è sempre stato:il luogo in cui i botanici sono andati a studiare il processo di evoluzione delle piante fin dagli anni '40, " Disse Mishler. "Nonostante quanto sia nota la flora, siamo stati in grado di ottenere nuove intuizioni con questi metodi."

I documenti BMC Biology e AJB, uno sforzo congiunto dell'Università e di Jepson Herbaria presso l'UC Berkeley, sono stati anche co-autori degli studenti laureati William Freyman, Matthew Kling e Thomas Madsen, responsabile del laboratorio Sonia Nosratinia, l'ex borsista postdottorato Naia Morueta-Holme, ora all'Università di Copenaghen, e David Ackerly, un professore di biologia integrativa all'Università di Berkeley.