Кактусы стали успешной и разнообразной группой растений по эволюционным меркам совсем недавно - 5-10 млн. лет назад. По мнению ученых, к процветанию их привело резкое падение уровня углекислого газа в атмосфере, сухой и прохладный климат.
Группа ученых под руководством доктора Моники Аракаки (Monica Arakaki) из Университета Брауна (США) выяснила, что кактусы появились на нашей планете приблизительно 35 миллионов лет назад, а пика разнообразия достигли 5-10 млн. лет назад. Одновременно с кактусами появились другие виды суккулентов, например, алое, очитки, хавортия. Процветание этих растений исследователи связывают с изменением климата. В то время, по палеоклиматическим данным, произошло резкое похолодание, уменьшилось количество осадков и резко снизилось содержание углекислого газа в атмосфере. Многие растения не справились со стрессом. А как раз к этим условиям кактусы и другие суккуленты оказались прекрасно адаптированы. Ведь эти растения используют особый САМ-путь фотосинтеза, который позволяет им поглощать углекислый газ из атмосферы ночью. Таким способом растения экономят воду, поскольку ночью листья испаряют гораздо меньше влаги, чем днем.
Как менялся климат
Чтобы узнать, когда появились кактусы, ученые провели филогенетический анализ. Для этого они проанализировали хлоропластные ДНК нескольких видов кактусов и их ближайших родственников. Оказалось, что первые представители семейства кактусовых появились приблизительно 35 миллионов лет назад. Но потом, в течение нескольких десятков миллионов лет, они оставались практически незаметными и встречались очень редко. И только 5-10 млн. лет назад стали занимать доминирующие позиции. Их ареал практически совпадал с современным – это Северная Америка, южная Африка и Южная Америка.
«В конце миоцена примерно 7 млн. лет назад, после довольно теплого периода произошло похолодание. Об этом свидетельствует анализ изотопов кислорода древних фораминифер. Правда, почему климат стал вдруг меняться, так и остается загадкой. В это же самое время уменьшилось количество осадков, и климат стал засушливым – об этом также говорят палеоданные», -- пишут авторы.
Но к этим изменениям прибавилось еще одно, и именно оно и сыграло, по-видимому, ключевую роль в дальнейшем процветании кактусов: по каким-то причинам резко снизилось содержание углекислого газа в атмосфере. По данным, которые приводит в своей работе Аракаки, снижение произошло с 425 ppm до 200 ppm (сейчас по последним данным концентрация углекислоты в атмосфере составляет 390 ppm).
Господство суккулентов
Это резкое уменьшение концентрации углекислого газа стало катастрофическим для многих растений. Особенно, как объясняет Аракаки, для обитателей сухого климата. Поскольку, по словам ученых, в таких условиях недостаток влаги растения испытывают еще сильнее. Многие растения не выдержали такого испытания, и их место заняли более успешные виды, которые смогли к этим условиям адаптироваться. Ими как раз и оказались кактусы и другие суккуленты с их особым способом фотосинтеза (САМ-путем, при котором эффективно экономится испарение влаги). «Мы считаем, что во время позднего миоцена появилось много новых местообитаний. Их освободили растения, которые не смогли приспособиться к новым условиям. Эти местообитания благополучно заняли кактусы и другие суккуленты», - считают авторы работы.
Их статью можно прочитать в последнем номере журнала PNAS.
