Широкий диапазон температур и содержание песка – причина разнообразия кактусов

Кактусы являются одними из самых разнообразных растений, от гигантского кактуса сагуаро, который может вырасти до 18 метров в высоту, вплоть до крошечного кактуса-пуговицы, который имеет высоту в несколько сантиметров. Новое исследование Центра эволюции Милнера при Университете Бата пролило свет на тайну того, почему существует так много разных типов.

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

Хотя кактусы являются популярными комнатными растениями по всему миру, их родиной являются только Северная, Центральная и Южная Америка, а наибольшее видовое разнообразие наблюдается в Мексике.

Исследователи собрали воедино все известные опубликованные данные о кактусах, чтобы лучше понять движущие силы огромного разнообразия видов кактусов, существующих сегодня.

В публикации в Nature Communications они построили крупнейшее в истории эволюционное дерево кактусов, используя тысячи последовательностей ДНК.

Команда рассмотрела большое количество биологических переменных, таких как размер растений, содержание песка в почве, географический ареал, засушливость и суточный диапазон температур (минимальные и максимальные температуры, наблюдавшиеся в течение 24 часов). Они сопоставили эти данные с биоразнообразием и темпами эволюции новых видов.

Они использовали методы машинного обучения для моделирования взаимодействия между несколькими переменными одновременно, а затем подтвердили результаты с помощью традиционных эволюционных методов.

Удивительно, но они обнаружили, что, хотя наибольшее количество видов было обнаружено в Мексике, в этой стране также были самые низкие темпы эволюции новых видов (видообразования).

Ранее предполагалось, что движущим фактором их эволюции является засушливость, однако новое исследование указывает на то, что более важными факторами эволюции являются суточный диапазон температур, содержание песка в почве и сезонность.

«Кактусы — это действительно интересное и разнообразное семейство растений, которые сравнительно недавно эволюционировали и смогли жить в самых разных условиях на американских континентах», - сказал соавтор исследования Джейми Томпсон. «Люди думают, что они очень выносливы, потому что могут жить в столь экстремальном климате, но на самом деле они подвержены большему риску вымирания, чем другие виды растений.

«Поскольку в Мексике самое большое биоразнообразие, предполагалось, что это связано с тем, что там условия наиболее благоприятные для эволюции видов. Однако наше исследование показывает, что это не так. На самом деле в Мексике самые низкие темпы видообразования, но при этом здесь очень большое биоразнообразие, поскольку темпы вымирания там ниже. Другими словами, мексиканский климат не обязательно лучше подходит для создания новых видов, но хорош для сохранения существующих», - добавил он.

«Наша работа показывает, что кактусы не так успешны, как мы думали, и более уязвимы к изменению климата», - сказал соавтор исследования Ник Прист из Университете Бата. «Это вызывает беспокойство: если кактусы не могут процветать в нашем меняющемся климате, какие шансы есть у других растений?»