Geraea canescens, Vallée de la Mort. Crédit :Bruce Baldwin photo, Collection de diapositives de l'herbier Jepson
La première analyse « big data » des plantes indigènes de Californie, en utilisant des informations numérisées provenant de plus de 22 herbiers et jardins botaniques de l'État, offre quelques surprises sur l'une des régions les plus étudiées et les plus uniques du pays.
Pour un, les régions arides de l'État, y compris des déserts tels que la Vallée de la Mort, sont des points chauds pour l'origine de nouvelles espèces végétales et fournissent des refuges pour les plantes plus anciennes qui ont disparu ailleurs.
L'objectif de l'étude était de localiser des endroits avec un nombre élevé de plantes endémiques - celles avec de très petites aires de répartition - pour donner la priorité aux efforts de conservation de la Californie alors que le développement humain empiète sur les terres sauvages. En utilisant des informations sur les relations familiales entre toutes les espèces sur un site donné, les chercheurs ont pu distinguer les zones où les plantes sont endémiques parce qu'elles y sont originaires récemment - ce qu'on appelle le néo-endémisme - par opposition aux plantes qui sont les derniers vestiges de leur espèce, ce qu'on appelle le paléoendémisme.
"L'une est une crèche, un groupe de nouvelles lignées, tandis que l'autre est une maison de retraite, un groupe de lignées plus anciennes, " a déclaré le boursier postdoctoral Andrew Thornhill, l'auteur principal de l'étude. "Ils sont tous les deux précieux, mais pour des raisons différentes. Vous voulez protéger les centres où il semble qu'une nouvelle diversité est apparue et est en train de naître, et vous voulez aussi protéger les endroits où la diversité plus ancienne a trouvé un refuge et a réussi à survivre. Les deux fournissent une police d'assurance génétique pour ce qui peut arriver à l'avenir; la plus grande diversité génétique qui est préservée maintenant, les meilleures chances de garder quelque chose qui sera capable de faire face à tout ce qui se passera à l'avenir."
Darlingtonia californica, un paléoendémique, plante carnivore des zones marécageuses du nord de la Californie. Crédit :Andrew Thornhill
De façon inquiétante, ces zones sèches, comme la vallée des antilopes, sont également des points chauds du développement de l'énergie solaire. Pour installer des fermes solaires, les entreprises rasent les plantes au bulldozer et pulvérisent des herbicides pour les empêcher de revenir.
"Ces zones sont menacées car c'est là qu'ils veulent produire de l'énergie solaire, transformer le terrain en terrain vacant. Beaucoup de gens ont l'impression erronée que le désert est un endroit sans vie, " a déclaré Brent Mishler, professeur de biologie intégrative, chercheur principal au Berkeley Institute for Data Science et auteur principal de l'étude, qui a été publié en octobre dans la revue BMC Biologie .
Sans surprise, le nord-ouest de la Californie regorge de plantes endémiques, à la fois neuf et ancien, associés aux forêts de séquoias côtières. Aussi comme prévu, le sud-est de la Californie et le désert du Colorado et du Sonora se sont avérés être des points chauds pour la création de nouvelles plantes et des maisons de retraite pour les anciennes.
Mais la principale surprise a été que la plupart des zones avec l'endémisme végétal le plus élevé sont arides. Cela inclut non seulement la Vallée de la Mort et le nord et l'est du désert de Mojave, mais aussi la chaîne White-Inyo à l'est de la Sierra Nevada et les îles anglo-normandes du sud (San Clemente et Santa Catalina). C'est peut-être parce que ces endroits ont plus de niches écologiques non remplies pour les plantes, trouver refuge, et dans certains cas évoluer pour former de nouvelles espèces, dit Mishler.
Enceliopsis covillei, une néo-endémie limitée aux montagnes Panamint dans le désert californien. Crédit :Charles E. Turner photo, Collection de diapositives de l'herbier Jepson
D'autre part, certaines zones que l'on croyait auparavant être des foyers d'endémisme :les montagnes San Gabriel et San Bernardino, par exemple, et les îles anglo-normandes – n'étaient que dans la moyenne.
Co-auteur Bruce Baldwin, professeur de biologie intégrative et rédacteur en chef de The Jepson Desert Manual (2002) et de la deuxième édition de The Jepson Manual:Vascular Plants of California (2012), a noté que feu Ledyard Stebbins, botaniste de l'UC Berkeley et de l'UC Davis, a désigné les zones arides comme des sites potentiels pour l'évolution d'une nouvelle biodiversité, en partie parce qu'ils présentent divers défis environnementaux qui peuvent être relevés par un large éventail d'adaptations potentielles.
"Les déserts en expansion offrent une opportunité écologique, ce qui signifie non seulement un nouvel habitat, mais aussi des habitats qui ont été évacués par des choses qui ont disparu ou ont conduit à l'extinction par le changement climatique, " a déclaré Baldwin.
Pour découvrir ces modèles, L'équipe de Mishler a développé une nouvelle façon d'évaluer la biodiversité et l'endémisme qui combine des données standard comme la gamme de plantes avec des données génétiques pour générer une mesure de « l'endémisme phylogénétique, " essentiellement une mesure de la rareté et du caractère génétiquement unique d'une plante. Il a prouvé la valeur de cette méthode il y a plusieurs années lorsqu'il a évalué l'endémisme d'un autre centre unique de diversité végétale, Australie, qui disposait déjà de bases de données numérisées de sa flore. Le projet californien a dû attendre que les collections de plantes de l'État soient numérisées via le Consortium of California Herbaria; à UC Berkeley, la numérisation a été financée en grande partie par la National Science Foundation.
Dirca occidentalis, un arbuste paléoendémique photographié dans une population sauvage dans les collines au-dessus du campus de l'UC Berkeley. Crédit :Thomas Madsen photo
Mishler et ses collègues ont inclus dans leur analyse près de 1, 100 lignées représentant plus de 5, 000 espèces végétales dans l'état, en utilisant des données de séquence existantes pour un ensemble spécifique de gènes extraits de bases de données ADN, et l'ajout de données de séquençage nouvellement générées à l'UC Berkeley pour combler les lacunes.
Une étude publiée en mars dans le Journal américain de botanique et dirigé par Baldwin a utilisé la même base de données numérique, intégrant des données pour tous les 5, 000 espèces mais sans utiliser de données génétiques, examiner la richesse des espèces et l'endémisme dans tout l'État. Cette étude a également révélé des surprises, comme l'endémisme élevé dans les zones non développées de la péninsule de San Francisco, rivalisant avec d'autres régions de la Bay Area précédemment identifiées comme des points chauds d'endémisme.
Mishler a noté que la Californie a toujours été un endroit spécial pour les plantes, presque comme une île—elle s'appelle la province floristique de Californie—parce qu'elle est isolée par l'océan à l'ouest, déserts à l'est et au sud, et les montagnes au nord.
"La Californie est une sorte de système modèle pour la flore, cela a toujours été :l'endroit où les botanistes sont allés étudier le processus d'évolution des plantes depuis les années 40, " dit Mishler. " Malgré la notoriété de la flore, nous avons pu obtenir de nouvelles connaissances avec ces méthodes. »
Les articles BMC Biology et AJB, un effort conjoint de l'Université et Jepson Herbaria à l'UC Berkeley, ont également été co-écrits par des étudiants diplômés William Freyman, Matthew Kling et Thomas Madsen, chef de laboratoire Sonia Nosratinia, ancienne boursière postdoctorale Naia Morueta-Holme, maintenant à l'Université de Copenhague, et David Ackerly, un professeur de biologie intégrative à l'UC Berkeley.
