Кактусите са едно от най-интересните и лесно разпознаваеми растителни семейства в света, но как и защо това бодливо семейство е еволюирало в многобройните си разнообразни форми и размери е загадка. Сега изследователите разплитат древната история на семейство Cactaceae, разкривайки някои изненадващи влияния, които са оформили тези растения, и предизвикват загриженост за тяхното бъдеще.
Вкаменелостите не могат да ни кажат много за произхода на кактусите, защото не са много. Световните рекорди на Гинес посочват най-старите вкаменелости на кактуси (бодли и семена от опунция) на възраст 30 800 години, но се смята, че семейството на кактусите е на повече от 30 милиона години. Проблемът е, че вероятността да се вкаменят неща, които растат в суха среда, е много по-малка, и това означава, че изследователите, които искат да разберат произхода и еволюцията на кактусите, трябва да се съсредоточат върху изчислителни методи, като вместо това разглеждат днешните видове и тяхната ДНК и правят обратни прогнози за това какво и кога се е случило.
Знаем, че много неща са се случили. Семейство Cactaceae днес съдържа между 1000 и 2000 вида и макар много от тях да изглеждат сходни - дебели и месести стъбла с бодливи шипове - те са разнообразна група. Размерите им варират от едва 12 милиметра до 19 метра и включват някои по-малко познати видове, които не са сукулентни, както и видове, които не живеят в пустините, а във влажни тропически или по-студени места.
Въпреки че кактусите се размножават сравнително бавно, което обикновено води до по-бавна еволюция на организмите, Cactaceae се отличават сред растенията с едни от най-бързите темпове на еволюция на нови видове. Някои косвени доказателства дават представа за факторите, които стоят зад това: по-големите видове и тези, които са еволюирали, за да използват птици, прилепи и нощни пеперуди като опрашители (вместо пчели и мравки), показват едни от най-високите темпове на диверсификация.
А местата с най-голям брой видове кактуси обикновено са сухи и полусухи региони. Но, както пишат Джейми Томпсън (Jamie Thompson) от Университета в Рединг, Великобритания, и неговите колеги в ново изследване, древната аридификация - увеличаването на засушаването, наблюдавано в няколко американски региона - не може да обясни напълно еволюцията на кактусите. Някои големи периоди на диверсификация изглежда са се случили по-скоро в сравнение с прехода към по-сух климат, например, а новите видове изглежда са се появили по-бързо на места, които не са толкова сухи.
Затова Томпсън и колегите му се обръщат за помощ към машинното обучение. Те построяват родословно дърво на повече от хиляда вида кактуси и използват различни компютърни анализи, за да моделират и прогнозират ролята, която 39 фактори може да са изиграли за стимулиране на диверсификацията на кактусите. Работата им, макар и предварителна, дава някои интересни и изненадващи резултати.
Те идентифицират три фактора, които изглежда са били основни двигатели на видообразуването на кактусите - нито един от тях не е добре познатата хипотеза за засушаване и промяна в опрашителите. Вместо това изследователите установяват, че най-големият фактор е разликата в дневните и нощните температури, като повече видове се формират, когато те се различават с относително средна стойност - около 10 °C. Кактусите са силно приспособени към местните температури - те са известни с умението си да пестят вода, като вместо листа имат бодли, за да намалят изпарението, а също така използват специален метод за фотосинтеза, наречен CAM, който им позволява да произвеждат захар през нощта и да намалят загубата на вода през деня. Но тази тактика е по-малко ефективна при високи температури, а в другия край на скалата сочността на повечето кактуси ги прави уязвими към измръзване. Това ги прави високоспециализирани за живот там, където водата е оскъдна, но температурите никога не се отклоняват твърде много от двете крайности.
Величествените сагуароси (Carnegiea gigantea) в Аризона са наистина огромни. Те не достигат „зрялост“ преди 125-годишна възраст. Кредит: PICRYL - Public Domain
Тяхната склонност към „златната среда“ се отнася и до песъчливостта на почвата - проучването установи, че кактусите по-бързо развиват нови видове в средно песъчливи почви. Корените на кактусите са силно специализирани за намиране на вода в песъчливи почви, които рядко остават влажни за дълго. Много кактуси имат обширни мрежи от плитки корени, за да могат при дъжд бързо да черпят вода от голям район, а някои имат много дълбоки корени, които се вкопават надолу, за да намерят скрита влага. Те са толкова специализирани да живеят в тези почви, че ако има твърде малко пясък, е възможно кактусите да бъдат изместени от други видове растения. Но ако почвите са изключително песъчливи, дори кактусите трудно могат да си набавят необходимото.
След температурните вариации и песъчливостта на почвата размерът на растенията е добър предсказващ фактор за скоростта на видообразуване, но по забавен начин - установено е, че средните по размер кактуси се диверсифицират най-бавно, като и при по-малките, и при по-големите кактуси скоростта на видообразуване е по-бърза.
Моделирането също така показва, че кактусите се чувстват най-добре в райони, в които годишните температурни колебания са по-големи от тези в тропиците.
Въпреки че всички тези фактори са само хипотези, които се нуждаят от допълнителна проверка, тези, свързани с дневните и сезонните температурни колебания, допринасят за нарастващия брой доказателства, че кактусите не са толкова устойчиви на безмилостно високи температури, колкото бихме могли да предположим. Това поражда безпокойство, че кактусите, около една трета от които вече са застрашени от изчезване главно поради загуба на местообитания и прекомерно събиране, също не са добре подготвени да оцелеят при екстремните климатични промени.
Това вече се наблюдава. Величествените сагуароси (Carnegiea gigantea) в Аризона се бориха със силните горещини през лятото на 2020 и 2023 г. Прекомерното затопляне отслабва растенията, което води до това, че някои от тях се смаляват и рухват или стават по-податливи на болести. Старите, стабилни сагуароси изглежда имат водните запаси, за да издържат на това, но по-младите растения нямат, което води до опасения, че следващото поколение сагуароси - дълголетен, бавно развиващ се вид, който не достига „зрялост“ преди 125-годишна възраст - ще се бори за оцеляване.
Pilosocereus millspaughii. Кредит: Wikimedia Commons
Друг вид кактус се превърна в тъжна емблема на изменението на климата: дървесният кактус Кий Ларго (Pilosocereus millspaughii), за който се смята, че по-рано тази година е станал първият вид, изчезнал на местно ниво в САЩ в резултат на покачването на морското равнище. Видът продължава да живее в някои части на Карибския басейн, но служи като предупреждение, че някои от най-издръжливите на вид природни видове не са толкова устойчиви, колкото сме си мислили.
Справка: Thompson, J.B., Hernández-Hernández, T., Keeling, G. et al. Identifying the multiple drivers of cactus diversification. Nat Commun 15, 7282 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-51666-2
Източник: The cactus family’s surprising evolutionary journey, New Scientist
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари