从光滑的按钮大小到多刺的巨型尺寸仙人掌为何如此多样化

仙人掌是种类最丰富的植物之一，从可长至18米高的巨型巨人柱仙人掌，到只有几厘米高的微型纽扣仙人掌，一应俱全。巴斯大学米尔纳进化研究中心的一项新研究揭开了为何有如此多不同种类的谜团。

此前人们认为气候干燥对仙人掌多样性的影响很大，但研究人员发现事实并非如此。新研究发现，一天中的温差、土壤中的沙粒含量和季节变化是进化的最大驱动因素。

尽管仙人掌是世界各地流行的室内植物，但它们仅原产于北美洲、中美洲和南美洲，其中墨西哥的种类丰富度最高。

研究人员拼凑了有关仙人掌的所有已知已发表数据，以更好地了解当今发现的仙人掌物种多样性背后的驱动力，并使用数千个DNA序列构建了迄今为止最大的仙人掌进化树。

研究小组研究了大量生物变量，如植物大小、土壤含沙量、地理分布范围、干旱程度和昼夜温差(24小时内经历的最低和最高温度)。他们将这些数据与生物多样性和新物种进化速度联系起来。

他们使用机器学习方法同时对多个变量之间的相互作用进行建模，然后使用传统的进化方法验证结果。

令人惊讶的是，他们发现虽然墨西哥的物种数量最多，但该国的新物种进化率(物种形成)却最低。

干旱以前被认为是它们进化的驱动因素，但新的研究指出，昼夜温差、土壤中的沙粒含量和季节性才是更重要的进化驱动因素。

图片来源：米尔纳进化中心

第一作者杰米·汤普森博士在巴斯大学生命科学系米尔纳进化中心从事这项研究，现在是雷丁大学的讲师。

他说：“仙人掌是一种非常有趣的、多样化的植物家族，它们进化得相对较晚，可以生活在美洲大陆的各种环境中。人们认为它们非常耐寒，因为它们能够在如此极端的气候条件下生存，但事实上它们比其他类型的植物更容易灭绝。

“由于墨西哥的生物多样性最高，人们认为这是因为那里的条件最适合物种进化。然而，我们的研究表明事实并非如此——相反，墨西哥的物种形成速度最慢，但生物多样性丰富，因为灭绝速度较慢。换句话说，墨西哥的气候不一定更适合产生新物种，但更适合保护现有物种。”

巴斯大学生命科学系米尔纳进化中心讲师尼克·普里斯特博士说：“我们的研究表明，仙人掌并不像我们想象的那么成功，而且更容易受到气候变化的影响。这令人担忧——如果仙人掌不能在不断变化的气候中茁壮成长，其他植物还有什么机会呢?