无论是在热带雨林还是在干旱的沙漠中，仙人掌都展现出其独特的生存能力。它们能够在缺水且不确定何时会降雨的环境中生存，这一特性使其成为植物界的奇迹。科学家们发现，仙人掌采用了一系列惊人的策略来应对干旱。

耶鲁大学的迈克尔·多纳河与进化生物学家艾利克·爱德华兹最近确定，Pereskia属（包括17个种的叶状灌木和树木）是仙人掌的祖先。这一发现表明，仙人掌的祖先大约在二千万年前首次展示了这些节水策略，相关研究结果已发表在《美国自然学家》杂志上。

爱德华兹表示：“仙人掌进化出了一整套应对干旱的适应性，使其能够在沙漠中生存。”这些适应性包括夜间活动、优化能量产生的方式以及保持其多刺的外观。

气孔的风险与收益

所有植物都有气孔——植物表面的微小孔洞，气孔的开闭影响二氧化碳的吸收。在进行光合作用时，植物将吸收的二氧化碳转化为食物（糖）。然而在沙漠中，这一过程面临挑战，因为气孔每次开放时，水分也会随之流失。爱德华兹指出：“如果想尽可能保存水分，就不能频繁打开气孔，因此，气孔的开启与水分流失之间存在着一种冒险的交易。”

许多植物在白天打开气孔，而仙人掌及其他夜间植物（如龙舌兰和芦荟）则选择在夜间打开气孔。夜间较低的温度、缺乏阳光以及微风有助于仙人掌保持水分。然而，夜间仙人掌无法利用太阳能进行光合作用，因此它们只能储存二氧化碳以备第二天使用，待太阳升起后再开始制造糖。

其他适应特性

仙人掌还进化出肉质组织、蜡质表皮和尖刺，以及专业化的根系，使其在严酷的生态环境中具备生长优势。其树干能够充当水库，根据蓄水量的不同而膨胀或收缩。蜡质保护层能够保持湿气，减少水分流失，而尖刺则防止口渴的动物将其视为饮水来源。

在某些仙人掌中，尖刺还能像漏斗一样收集雨水，将宝贵的雨滴引导至根部。

根系的独特策略

与其想象仙人掌会发展出深根系统以寻找地下水源，实际上它们通常发展出众多的浅根，扎根于地表以下的浅层土壤，以尽可能扩展根系，吸收周围的水分。在降雨时，仙人掌会发出更多的根，而在干旱时则会枯萎和脱落，以保存水分。爱德华兹表示：“仙人掌与水的结合比与土壤的结合更为密切。生长时，仙人掌冒着水分流失的风险，因此不得不将自身与土壤分开。”

他们指出：“仙人掌的形成代表了植物形态与功能密切联系的一个显著例子，其多肉质的光合作用系统使得仙人掌能够在极端干旱的条件下存活，并保持良好的含水组织。”

最近的分子多态性研究证实，仙人掌与其他植物拥有相似的节水策略，使其能够在沙漠中生存。爱德华兹总结道：“这是成功策略的一个良好例证。这些植物在极端环境中表现得非常出色。”