Den första "big data"-analysen av Kaliforniens inhemska växter, använder digitaliserad information från mer än 22 herbarier och botaniska trädgårdar runt om i staten, ger några överraskningar om ett av de mest noggrant studerade och unika områdena i landet.

För en, statens torra regioner, inklusive öknar som Death Valley, är hotspots för ursprung av nya växtarter och tillhandahållande av tillflyktsorter för äldre växter som har försvunnit någon annanstans.

Målet med studien var att lokalisera platser med ett stort antal endemiska växter – de med mycket små intervall – för att prioritera Kaliforniens bevarandeinsatser när mänsklig utveckling inkräktar på vilda marker. Genom att använda information om familjeförhållandena mellan alla arter på en given plats, forskarna kunde skilja mellan områden där växter är endemiska eftersom de nyligen har sitt ursprung där – det som kallas neoendemism – i motsats till växter som är de sista resterna av sitt slag, så kallad paleoendemism.

"En är en plantskola, ett kluster av nya släktlinjer, medan den andra är ett äldreboende, ett kluster av äldre släkter, "sade postdoktor Andrew Thornhill, huvudförfattaren till studien. "De är båda värdefulla, men av olika anledningar. Du vill skydda centra där det ser ut som om ny mångfald har och håller på att uppstå, och man vill också skydda platser där äldre mångfald har hittat en tillflyktsort och lyckats överleva. Båda ger en genetisk försäkring för vad som kan hända i framtiden; ju mer genetisk mångfald som bevaras nu, desto större chans att något hålls kvar som kommer att klara av vad som än händer i framtiden."

Ängsligt, dessa torra områden, som Antilopdalen, är också hotspots för utveckling av solenergi. För att installera solkraftsanläggningar, företag schaktar växterna och spraya ogräsmedel för att hindra dem från att återvända.

"Dessa områden är hotade eftersom det är där de vill generera solenergi, omvandla marken till en tom tomt. Många människor har det felaktiga intrycket att öknen är en livlös plats, sa Brent Mishler, professor i integrativ biologi, senior fellow vid Berkeley Institute for Data Science och seniorförfattaren till studien, som publicerades i oktober i tidskriften BMC Biologi .

Inte överraskande, nordvästra Kalifornien är fullt av endemiska växter, både nytt och gammalt, associerade med de kustnära redwoodskogarna. Även som förväntat, sydöstra Kalifornien och delstatens Colorado/Sonoranöken visade sig vara hotspots för uppkomsten av nya växter och vårdhem för gamla.

Men den största överraskningen var att de flesta områden med högst växtendemism är torra. Det inkluderar inte bara Death Valley och den norra och östra Mojaveöknen, men också White-Inyo Range öster om Sierra Nevada och de södra Kanalöarna (San Clemente och Santa Catalina). Detta kan bero på att dessa platser har fler ofyllda ekologiska nischer för växter att flytta in i, hitta en fristad, och i vissa fall utvecklas för att bilda nya arter, sa Mishler.

Å andra sidan, vissa områden som tidigare ansågs vara hotspots för endemism - bergen San Gabriel och San Bernardino, till exempel, och norra Kanalöarna - var bara i genomsnitt.

Medförfattare Bruce Baldwin, professor i integrativ biologi och chefredaktör för både The Jepson Desert Manual (2002) och den andra upplagan av The Jepson Manual:Vascular Plants of California (2012), noterade att avlidne UC Berkeley och UC Davis botaniker Ledyard Stebbins pekade ut torra områden som potentiella platser för utveckling av ny biologisk mångfald, delvis för att de utgör olika miljöutmaningar som kan mötas av en lång rad potentiella anpassningar.

"Expanderande öknar ger ekologiska möjligheter, vilket betyder inte bara ny livsmiljö utan också livsmiljöer som har lämnats av saker som utrotats eller drivits till utrotning genom förändrat klimat, " sa Baldwin.

För att upptäcka dessa mönster, Mishlers team utvecklade ett nytt sätt att bedöma biologisk mångfald och endemism som kombinerar standarddata som växtsortiment med genetiska data för att generera ett mått på "fylogenetisk endemism, " i grunden ett mått på hur sällsynt och hur genetiskt unik en växt är. Han bevisade värdet av denna metod för flera år sedan när han bedömde endemismen hos ett annat unikt centrum för växtmångfald, Australien, som redan hade digitaliserade databaser över sin flora. California -projektet fick vänta tills statens växtsamlingar digitaliserades genom Consortium of California Herbaria; vid UC Berkeley, digitaliseringen finansierades till stor del av National Science Foundation.

Mishler och hans kollegor inkluderade i sin analys nästan 1, 100 linjer som representerar över 5, 000 växtarter i staten, använda befintliga sekvensdata för en specifik uppsättning gener hämtade från DNA-databaser, och lägga till sekvenseringsdata som nyligen genererats vid UC Berkeley för att fylla i luckor.

En studie publicerad i mars i American Journal of Botany och ledd av Baldwin använde samma digitala databas, innehåller data för alla 5, 000 arter men utan att använda genetiska data, att titta på artrikedom och endemism i hela staten. Denna studie avslöjade också överraskningar, som den höga endemismen i outvecklade områden på San Francisco-halvön, konkurrerar med andra regioner i Bay Area som tidigare identifierats som hotspots för endemism.

Mishler noterade att Kalifornien alltid har varit en speciell plats för växter, nästan som en ö – den kallas Kaliforniens floristiska provins – eftersom den är isolerad av havet i väster, öken i öster och söder, och berg i norr.

"Kalifornien är ett slags modellsystem för flora, det har alltid varit:platsen där botanikerna gick för att studera växternas utvecklingsprocess som går tillbaka till 40-talet, ", sa Mishler. "Trots hur välkänd floran är, vi har kunnat få nya insikter med dessa metoder."

BMC Biology och AJB tidningar, en gemensam insats av universitetet och Jepson Herbaria vid UC Berkeley, var också medförfattare av doktorander William Freyman, Matthew Kling och Thomas Madsen, labbchef Sonia Nosratinia, tidigare postdoktor Naia Morueta-Holme, nu vid Köpenhamns universitet, och David Ackerly, en UC Berkeley professor i integrativ biologi.