Kakteen gehören zu den vielfältigsten Pflanzen, vom riesigen Saguaro-Kaktus, der bis zu 18 Meter hoch werden kann, bis hin zum winzigen Knopfkaktus, der nur wenige Zentimeter hoch ist. Eine neue Studie des Milner Centre for Evolution an der University of Bath hat das Rätsel gelöst, warum es so viele verschiedene Arten gibt.
Die Arbeit ist veröffentlicht im Journal Naturkommunikation.
Bisher ging man davon aus, dass die Trockenheit des Klimas eine wichtige Rolle bei der Kakteenvielfalt spielt, doch die Forscher fanden heraus, dass dies nicht der Fall ist. Die neue Studie ergab, dass die Temperaturschwankungen im Tagesverlauf, der Sandgehalt im Boden und jahreszeitliche Veränderungen die größten Treiber der Evolution sind.
Obwohl sie auf der ganzen Welt beliebte Zimmerpflanzen sind, sind Kakteen nur in Nord-, Mittel- und Südamerika heimisch. Die größte Artenvielfalt kommt in Mexiko vor.
Um die treibenden Kräfte hinter der enormen Vielfalt der heute vorkommenden Kakteenarten besser zu verstehen, haben Forscher alle bekannten veröffentlichten Daten zu Kakteen zusammengetragen und anhand von Tausenden von DNA-Sequenzen den größten jemals erstellten Stammbaum der Kakteen erstellt.
Das Team untersuchte eine Vielzahl biologischer Variablen, wie etwa Pflanzengröße, Sandgehalt des Bodens, geografische Reichweite, Trockenheit und Tagestemperaturbereich (die minimalen und maximalen Temperaturen innerhalb von 24 Stunden). Sie korrelierten diese Daten mit der Artenvielfalt und der Evolutionsrate neuer Arten.
Sie verwendeten Methoden des maschinellen Lernens, um die Interaktionen zwischen mehreren Variablen gleichzeitig zu modellieren, und validierten die Ergebnisse dann mit traditionellen Evolutionsmethoden.
Überraschenderweise stellten sie fest, dass Mexiko zwar die höchste Artenzahl aufweist, das Land aber auch die niedrigste Evolutionsrate neuer Arten (Artbildung) aufwies.
Bisher ging man davon aus, dass Trockenheit ein treibender Faktor für ihre Evolution war, doch die neue Studie weist darauf hin, dass die tägliche Temperaturspanne, der Sandgehalt im Boden und die Jahreszeitenabhängigkeit wichtigere Triebkräfte für die Evolution sind.
Bildnachweis: Milner Center for Evolution
Der Erstautor Dr. Jamie Thompson führte die Forschung während seiner Tätigkeit am Milner Centre for Evolution im Department of Life Sciences der University of Bath durch und ist jetzt Dozent an der University of Reading.
Er sagte: „Kakteen sind eine wirklich interessante, vielfältige Pflanzenfamilie, die sich in der Evolutionsgeschichte erst vor relativ kurzer Zeit entwickelt hat und in einer Vielzahl von Umgebungen auf dem amerikanischen Kontinent leben kann. Die Menschen glauben, dass sie sehr robust sind, weil sie in der Lage sind, in solch extremen Klimazonen zu leben, aber in Wirklichkeit sind sie stärker vom Aussterben bedroht als andere Pflanzenarten.“
„Weil in Mexiko die größte Artenvielfalt herrscht, ging man davon aus, dass dies daran liegt, dass dort die Bedingungen für die Evolution von Arten am besten sind. Unsere Studie zeigt jedoch, dass dies nicht der Fall ist. Stattdessen hat Mexiko die niedrigste Artbildungsrate, aber eine hohe Artenvielfalt, weil die Aussterberaten langsamer sind. Mit anderen Worten: Das mexikanische Klima ist nicht unbedingt besser für die Entstehung neuer Arten, aber gut für den Erhalt bestehender.“
Dr. Nick Priest, Dozent am Milner Centre for Evolution im Fachbereich Biowissenschaften der Universität Bath, sagte: „Unsere Arbeit zeigt, dass Kakteen nicht so erfolgreich sind wie wir dachten und anfälliger für den Klimawandel sind. Das ist besorgniserregend – wenn Kakteen in unserem sich ändernden Klima nicht gedeihen können, welche Chance haben dann andere Pflanzen?“
Weitere Informationen:
Jamie B. Thompson et al., Identifizierung der vielfältigen Treiber der Kaktusdiversifizierung, Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-51666-2