Почему кактусы такие разные: от гладких размером с пуговицу до колючих гигантов?

Кактусы — одни из самых разнообразных растений: от гигантского сагуаро высотой до 18 метров до крошечного "пуговичного" кактуса размером в несколько сантиметров. Новое исследование Центра эволюции Милнера при Университете Бата пролило свет на загадку такого разнообразия.

Работа опубликована в журнале Nature Communications.

Ранее считалось, что сухость климата играет важную роль в разнообразии кактусов, но исследователи обнаружили, что это не так. Новое исследование показало, что главными движущими силами эволюции являются суточный перепад температур, содержание песка в почве и сезонные изменения.

Хотя кактусы популярны как комнатные растения по всему миру, их естественный ареал ограничен Северной, Центральной и Южной Америкой, причем наибольшее видовое богатство наблюдается в Мексике.

Исследователи собрали все известные опубликованные данные о кактусах, чтобы лучше понять движущие силы огромного разнообразия современных видов. Они построили самое большое на сегодняшний день эволюционное древо кактусов, используя тысячи последовательностей ДНК.

Команда изучила множество биологических переменных: размер растения, содержание песка в почве, географический ареал, засушливость и суточный перепад температур (разница между минимальной и максимальной температурой за 24 часа). Эти данные были соотнесены с биоразнообразием и скоростью эволюции новых видов.

Для моделирования взаимодействия нескольких переменных одновременно использовались методы машинного обучения, а результаты были проверены с помощью традиционных эволюционных методов.

Неожиданно выяснилось, что хотя наибольшее количество видов обнаружено в Мексике, в этой стране также зафиксированы самые низкие темпы эволюции новых видов (видообразования).

Ранее предполагалось, что аридность (засушливость) является движущим фактором их эволюции, но новое исследование указывает на более важные факторы: суточный перепад температур, содержание песка в почве и сезонность.

Ведущий автор исследования, доктор Джейми Томпсон, проводил работу в Центре эволюции Милнера на факультете наук о жизни Университета Бата, а сейчас является преподавателем в Университете Рединга.

Он сказал: "Кактусы — это действительно интересное, разнообразное семейство растений, которое эволюционировало относительно недавно в эволюционном времени, чтобы жить в самых разных условиях на американских континентах. Люди думают, что они очень выносливы, потому что способны жить в таких экстремальных климатах, но на самом деле они более уязвимы к вымиранию, чем другие типы растений.

"Поскольку самое высокое биоразнообразие наблюдается в Мексике, предполагалось, что это связано с тем, что условия там наиболее благоприятны для видообразования. Однако наше исследование показывает, что это не так: в Мексике самая низкая скорость видообразования, но высокое биоразнообразие сохраняется из-за более низких темпов вымирания. Другими словами, мексиканский климат не обязательно лучше производит новые виды, но хорошо сохраняет существующие".

Доктор Ник Прист, преподаватель Центра эволюции Милнера на факультете наук о жизни Университета Бата, сказал: "Наша работа показывает, что кактусы не так успешны, как мы думали, и более уязвимы к изменению климата. Это вызывает беспокойство — если кактусы не могут процветать в меняющемся климате, какие шансы у других растений?"