仙人掌看似生长缓慢、生性顽强的沙漠幸存者，但实际上它们的进化速度快如闪电。科学家对超过750种仙人掌进行研究后发现，真正推动新仙人掌物种爆发式增长的并非花朵大小或特化传粉者，而是仙人掌花朵形态随时间推移发生变化的速率。这一发现推翻了可追溯至达尔文时代的长期观点，揭示了沙漠竟是出人意料地充满活力的生态系统，那里的进化正在快速发生。
几十年来，生物学家一直认为传粉者和高度特化的花朵是推动新植物物种形成的主要力量。然而，雷丁大学的研究人员发现，仙人掌遵循着一种不同的模式。驱动物种分化的关键因素似乎并非花朵大小或传粉者类型，而是仙人掌花朵随时间改变形状的速度。
仙人掌花朵的快速演化
研究团队分析了超过750种仙人掌的花朵长度数据。花朵大小差异巨大，从仅2毫米的微小花朵到高达37厘米的巨型花朵不等，尺寸差异达185倍。
尽管存在如此巨大的变异，花朵长度与新仙人掌物种产生的速度几乎没有任何关联。真正突出的是花朵演化的速度。花朵形状变化最快的仙人掌物种也更有可能分化出新物种。研究人员发现，这一模式在近代和古代演化史中均普遍存在。
这些发表在《生物学快报》上的发现挑战了可追溯至查尔斯·达尔文的观点。达尔文关于兰花的研究表明，高度特化的花朵结构在新物种形成中起到了主要作用。
雷丁大学的主要作者杰米·汤普森表示：“人们可能认为仙人掌是顽强且生长缓慢的植物，但我们的研究表明，仙人掌科是地球上演化最快的植物类群之一。了解仙人掌的演化速度揭示了，那些常被视为恶劣且一成不变的沙漠，实际上是快速自然变化的温床。
“我们原本预期拥有更长、更特化花朵的仙人掌会产生最多的新物种。然而，花朵大小几乎没有影响。重要的是花朵形状改变的速度。花朵演化迅速的仙人掌比那些花朵保持不变的仙人掌更有可能分化为新物种，无论后者的花朵多么精细复杂。
“这一结果对保护工作具有现实意义。既然花朵演化在数百万年间帮助生成了仙人掌物种，演化速度应成为保护工作的一部分。尽管能够快速演化并不能保证具有韧性，特别是当星球变化速度超过大多数仙人掌的适应能力时，但这有助于预测哪些物种最需要帮助。保护主义者可能需要关注物种演化的快慢，而不是寻找某种单一性状来预测哪些仙人掌面临的风险最大。”
绘制仙人掌家族树
仙人掌包括大约1850个已知物种，是地球上物种分化最快的植物类群之一。在过去2000万到3500万年间，它们广泛分布于美洲各地。
该研究还依赖于一个新开发的开放获取数据库CactEcoDB。该数据库由来自三个大洲的杰米·汤普森和十位共同作者创建，其中包括六位来自雷丁大学的研究人员，整合了七年关于仙人掌性状、栖息地和演化关系的研究成果。
该资源发表在《自然-科学数据》上，有望帮助科学家更好地了解仙人掌的生物多样性和保护挑战。由于目前近三分之一的仙人掌物种面临灭绝威胁，研究人员表示，该数据库将为研究这些植物未来如何应对气候变化提供重要工具。