De eerste "big data"-analyse van de inheemse planten van Californië, met behulp van gedigitaliseerde informatie uit meer dan 22 herbaria en botanische tuinen in de staat, biedt enkele verrassingen over een van de meest grondig bestudeerde en unieke gebieden in het land.

Voor een, de droge gebieden van de staat, inclusief woestijnen zoals Death Valley, zijn hotspots voor het ontstaan ​​van nieuwe plantensoorten en een schuilplaats voor oudere planten die elders zijn verdwenen.

Het doel van de studie was om plaatsen te lokaliseren met een groot aantal endemische planten - die met zeer kleine verspreidingsgebieden - om prioriteit te geven aan de inspanningen voor natuurbehoud in Californië, aangezien menselijke ontwikkeling inbreuk maakt op wilde gebieden. Door informatie te gebruiken over de familierelaties tussen alle soorten op een bepaalde locatie, de onderzoekers konden onderscheid maken tussen gebieden waar planten endemisch zijn omdat ze daar recentelijk zijn ontstaan ​​- wat neo-endemisme wordt genoemd - in tegenstelling tot planten die de laatste overblijfselen van hun soort zijn, zogenaamd paleoendemisme.

"Een daarvan is een kinderdagverblijf, een cluster van nieuwe geslachten, terwijl de andere een verpleeghuis is, een cluster van oudere geslachten, " zei postdoctoraal fellow Andrew Thornhill, de hoofdauteur van de studie. "Ze zijn allebei waardevol, maar om verschillende redenen. U wilt centra beschermen waar het lijkt alsof er nieuwe diversiteit is en ontstaat, en je wilt ook plekken beschermen waar oudere diversiteit een toevluchtsoord heeft gevonden en heeft weten te overleven. Beide bieden een genetische verzekering voor wat er in de toekomst kan gebeuren; hoe meer genetische diversiteit er nu bewaard blijft, hoe groter de kans dat er iets wordt bewaard dat in staat zal zijn om te gaan met wat er in de toekomst gebeurt."

onheilspellend, deze droge gebieden, zoals de Antilopevallei, zijn ook hotspots voor de ontwikkeling van zonne-energie. Om zonneparken te installeren, bedrijven bulldozen de planten en spuiten herbiciden om te voorkomen dat ze terugkeren.

"Deze gebieden worden bedreigd omdat ze daar zonne-energie willen opwekken, het omzetten van de grond in een braakliggend terrein. Veel mensen hebben de verkeerde indruk dat de woestijn een levenloze plek is, " zei Brent Mishler, hoogleraar integratieve biologie, senior fellow bij het Berkeley Institute for Data Science en de senior auteur van de studie, die in oktober in het tijdschrift werd gepubliceerd BMC Biologie .

Niet verrassend, Noordwest-Californië staat vol met endemische planten, zowel nieuw als oud, geassocieerd met de kustsequoiabossen. Ook zoals verwacht, Zuidoost-Californië en de Colorado/Sonoran-woestijn van de staat bleken hotspots te zijn voor het ontstaan ​​van nieuwe planten en verpleeghuizen voor oude planten.

Maar de grootste verrassing was dat de meeste gebieden met het hoogste plantenendemisme dor zijn. Dat omvat niet alleen Death Valley en de noordelijke en oostelijke Mojave-woestijn, maar ook de White-Inyo Range ten oosten van de Sierra Nevada en de zuidelijke Kanaaleilanden (San Clemente en Santa Catalina). Dit kan zijn omdat deze plaatsen meer ongevulde ecologische niches hebben waar planten naartoe kunnen verhuizen, toevlucht zoeken, en in sommige gevallen evolueren om nieuwe soorten te vormen, zei Mishler.

Anderzijds, sommige gebieden die eerder werden beschouwd als hotspots van endemisme - de bergen van San Gabriel en San Bernardino, bijvoorbeeld, en de noordelijke Kanaaleilanden — waren slechts ongeveer gemiddeld.

Co-auteur Bruce Baldwin, hoogleraar integratieve biologie en hoofdredacteur van zowel The Jepson Desert Manual (2002) als de tweede editie van The Jepson Manual:Vascular Plants of California (2012), merkte op dat wijlen UC Berkeley en UC Davis botanicus Ledyard Stebbins droge gebieden uitkozen als potentiële locaties voor de evolutie van nieuwe biodiversiteit, deels omdat ze uiteenlopende milieu-uitdagingen met zich meebrengen die kunnen worden opgelost door een breed scala aan mogelijke aanpassingen.

"Uitdijende woestijnen bieden ecologische kansen, wat niet alleen nieuwe habitats betekent, maar ook habitats die zijn verlaten door dingen die zijn uitgeroeid of tot uitsterven zijn gedreven door het veranderende klimaat, ' zei Baldwin.

Om deze patronen te ontdekken, Mishler's team ontwikkelde een nieuwe manier om biodiversiteit en endemisme te beoordelen, waarbij standaardgegevens zoals het plantenassortiment worden gecombineerd met genetische gegevens om een ​​maat voor "fylogenetisch endemisme, " eigenlijk een maatstaf voor hoe zeldzaam en hoe genetisch uniek een plant is. Hij bewees de waarde van deze methode enkele jaren geleden toen hij het endemisme van een ander uniek centrum van plantendiversiteit beoordeelde, Australië, die al databases van zijn flora had gedigitaliseerd. Het Californische project moest wachten tot de plantencollecties van de staat waren gedigitaliseerd via het Consortium of California Herbaria; bij UC Berkeley, de digitalisering werd grotendeels gefinancierd door de National Science Foundation.

Mishler en zijn collega's namen in hun analyse bijna 1, 100 geslachten die meer dan 5 vertegenwoordigen, 000 plantensoorten in de staat, bestaande sequentiegegevens gebruiken voor een specifieke set genen uit DNA-databases, en het toevoegen van sequentiegegevens die nieuw zijn gegenereerd bij UC Berkeley om hiaten op te vullen.

Een studie gepubliceerd in maart in de American Journal of Botany en onder leiding van Baldwin gebruikten dezelfde digitale database, met gegevens voor alle 5, 000 soorten, maar zonder gebruik te maken van genetische gegevens, om te kijken naar soortenrijkdom en endemisme in de hele staat. Deze studie bracht ook verrassingen aan het licht, zoals het hoge endemisme in onontwikkelde gebieden van het schiereiland San Francisco, rivaliserende andere regio's van de Bay Area die eerder werden geïdentificeerd als hotspots voor endemisme.

Mishler merkte op dat Californië altijd een speciale plaats is geweest voor planten, bijna als een eiland - het wordt de California Floristic Province genoemd - omdat het geïsoleerd is door de oceaan in het westen, woestijnen in het oosten en zuiden, en bergen in het noorden.

"Californië is een soort modelsysteem voor flora, het is altijd zo geweest:de plaats waar de botanici heen gingen om het proces van plantenevolutie te bestuderen tot ver in de jaren '40, "zei Mishler. "Ondanks hoe bekend de flora is, we hebben met deze methoden nieuwe inzichten kunnen krijgen."

De BMC Biology en AJB papers, een gezamenlijke inspanning van de universiteit en Jepson Herbaria van UC Berkeley, waren ook co-auteur van afgestudeerde studenten William Freyman, Matthew Kling en Thomas Madsen, labmanager Sonia Nosratinia, voormalig postdoctoraal fellow Naia Morueta-Holme, nu aan de Universiteit van Kopenhagen, en David Ackerly, een UC Berkeley hoogleraar integratieve biologie.