✓วิวัฒนาการของต้นกระบองเพชร การปรับตัว แคคตัส Cactus?

แคคตัส หรือที่คนไทยเรียกว่า กระบองเพชร เป็นหนึ่งในไม้อวบน้ำที่นิยมปลูกเลี้ยงอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ด้วยมีลักษณะรูปร่างที่ดูแปลกตา มีหนามแหลมคม รวมทั้งยังมีดอกที่มีสีสันสวยงาม

วิวัฒนาการแคคตัส (ต้นกระบองเพชร)

จากการสำรวจในธรรมชาติพบว่ามีแคคตัสมากกว่า 1400 ชนิด จาก 124 สกุล แต่ทราบหรือไม่ว่าแคคตัสนั้นเกิดขึ้นครั้งแรกบนโลกเมื่อไหร่ ที่ไหน และวิวัฒนาการมาจนเป็นแคคตัสที่มีความหลากหลายเช่นนี้ได้อย่างไร?

ก่อนอื่นต้องบอกก่อนว่าเนื้อหาในนี้จะไม่ได้ลงรายละเอียดถึงชื่อแคคตัสชนิดต่างๆ สายวิวัฒนาการต่างๆ และระบบการจัดจำแนกของแคคตัส แต่จะเป็นการเล่าในภาพรวม สำหรับผู้ที่ไม่รู้จักแคคตัสมากนักก็อาจจะพอจินตนาการทำความเข้าใจได้บ้าง

รายละเอียดเพิ่มเติม

มีผลการวิจัยทางวิวัฒนาการชาติพันธุ์ของพืชในวงศ์แคคตัสออกมาว่า พืชวงศ์แคคตัส (Cactaceae) เป็นพืชที่มีบรรพบุรุษร่วมกันกับพืชอีกสองวงศ์ คือพืชในวงศ์ของต้นลูกชุบ (Anacampserotaceae) และวงศ์ผักเบี้ย (Portulaceae) หรืออาจจะพูดว่าวงศ์ของต้นคุณนายตื่นสาย แพรเซี่ยงไฮ้ และปอตูลาก้า อาจจะฟังดูคุ้นชินกว่าสำหรับผู้ที่นิยมปลูกเลี้ยงไม้ประดับ

หากถามว่าบรรพบุรุษของพืชทั้งสามวงศ์นี้หน้าตาเป็นอย่างไรก็คงจะตอบได้ยาก เพราะบรรพบุรุษของพืชเหล่านี้อาจจะวิวัฒนาการ มีการเปลี่ยนรูปร่างลักษณะจนมาเป็นพืชทั้งสามวงศ์อย่างที่เราเห็นในปัจจุบัน หรืออาจจะสูญพันธุ์ไปหมดแล้วก็ได้ แต่เราก็พอจะจินตนาการได้ว่าบรรพบุรุษนั้นต้องมีลักษณะโบราณร่วมกันของพืชทั้งสามวงศ์อยู่ เช่น การมีใบสีเขียวสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงเพื่อสร้างอาหาร เป็นต้น

เมื่อมีการวิเคราะห์เพื่อระบุเวลา โดยเทียบอายุกับหลักฐานฟอสซิลพบว่า เมื่อเวลาประมาณ 30-35 ล้านปีมาแล้วสายวิวัฒนาการของแคคตัสได้แยกตัวจากสายวิวัฒนาการของพืชวงศ์ต้นลูกชุบและวงศ์ต้นคุณนายตื่นสาย

ซึ่งตรงกับช่วงปลายสมัยอีโอซีน (Eocene) และในช่วงเวลาใกล้เคียงกันนี้ ก็เป็นช่วงเวลาที่บรรพบุรุษของพืชอวบน้ำกลุ่มอื่นๆ ได้วิวัฒนาการเกิดขึ้นมาเช่นกัน เช่น กลุ่มยูฟอร์บส์ (Euphorbs) เมื่อประมาณ 36 ล้านปีที่แล้ว สกุลป่านศรนารายณ์หรือสกุลอากาเว่ (Agave) เมื่อประมาณ 20-26 ล้านปีที่แล้ว และกลุ่มแอสเคลปเปียดส์ (Asclepiads) หรือกลุ่มนมตำเลีย เมื่อประมาณ 30-35 ล้านปีที่แล้ว เป็นต้น

การเกิดขึ้นของบรรพบุรุษของพืชอวบน้ำเหล่านี้ มีข้อสันนิษฐานว่าเกิดจากการที่ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งเป็นสารตั้งต้นหลักที่พืชใช้ในการสร้างอาหาร ได้เจือจางลงจากชั้นบรรยากาศของโลก

ส่งผลให้พืชหลากหลายกลุ่มที่แม้ไม่ได้มีสายวิวัฒนาการร่วมกัน ได้สร้างลักษณะหนึ่งขึ้นมาเหมือนกัน คือกลไกการสังเคราะห์ด้วยแสงแบบพิเศษที่เรียกย่อๆ ว่า CAM ซึ่งเป็นกลไกที่ทำให้พืชสามารถใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ปริมาณน้อยที่ตรึงได้จากบรรยากาศได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ย้อนกลับมาที่เกิดขึ้นของแคคตัส จากการวิเคราะห์ทางชีวภูมิศาสตร์พบว่าแหล่งกำเนิดของแคคตัสอยู่ที่ทวีปอเมริกาใต้ ในแถบเทือกเขาแอนดีสตอนกลาง กินพื้นที่ทางตอนเหนือของประเทศชิลี ภาคตะวันตกเฉียงเหนือของประเทศอาร์เจนตินา และบางส่วนของประเทศโบลิเวียและประเทศเปรู

แคคตัสเริ่มมีการแตกแขนงออกเป็นสายวิวัฒนาการย่อยๆ เมื่อประมาณ 27 ล้านปีก่อนในช่วงปลายสมัยโอลิโกซีน (Oligocene) และการเกิดสายวิวัฒนาการใหม่หรือเกิดชนิดใหม่มีความเข้มข้นขึ้นในช่วง 10-15 ล้านปีก่อนนี้เอง ซึ่งตรงกับช่วงปลายสมัยไมโอซีน (Miocene)

มีการคำนวณออกมาว่า แคคตัสเป็นหนึ่งในพืชที่มีอัตราการวิวัฒนาการสูงที่สุดในบรรดาพืชดอกทั้งหมด โดยเหตุการณ์การเกิดชนิดใหม่หนึ่งครั้งในสายวิวัฒนาการของแคคตัส แม้พิจารณาในกรณีที่มีอัตราการสูญพันธุ์สูงแล้ว จะใช้เวลาเพียงประมาณ 5.5 ล้านปี แต่ในขณะที่ในพืชดอกโดยรวมจะใช้เวลาถึงประมาณ 20.8 ล้านปี จึงจะเกิดเหตุการณ์นี้ขึ้นหนึ่งครั้ง

สาเหตุหลักสำหรับการวิวัฒนาการของแคคตัสมาจากการปรับตัวให้เข้ากับสภาพภูมิอากาศที่แห้งแล้งขึ้นของโลกในช่วงเวลาดังกล่าว โดยมีลักษณะสำคัญจากการปรับตัวที่เห็นได้ชัดเจน เช่น การมีลำต้นอวบน้ำ การลดรูปของใบเป็นหนาม และการมีชั้นคิวตินเคลือบหนาบนผิวเพื่อลดการสูญเสียน้ำ เป็นต้น

สำหรับแคคตัสที่อาศัยอยู่บริเวณเทือกเขาแอนดีส พวกมันได้รับผลกระทบจากการยกตัวสูงขึ้นของเทือกเขาที่กั้นความชื้นจากที่ลุ่มแอมะซอน ส่งผลให้เกิดความแห้งแล้งขึ้นที่อีกฟากฝั่งหนึ่งของเทือกเขา ทำให้มีการเกิดแคคตัสเฉพาะถิ่นชนิดใหม่ขึ้นเป็นจำนวนมาก

นอกจากนั้นแล้ว ความแห้งแล้งของโลกที่แผ่ไปสู่ทวีปอเมริกาเหนือยังทำให้แคคตัสสามารถกระจายพันธุ์ไปในระยะทางที่ยาวไกลจนไปถึงพื้นที่ดังกล่าว และในทวีปอเมริกาเหนือนี้เอง โดยเฉพาะอย่างยิ่งบริเวณทะเลทรายชีวาวาในประเทศเม็กซิโก ได้กลายเป็นแหล่งที่แคคตัสมีการวิวัฒนาการจนกระทั่งมีความมากชนิดสูงที่สุดในโลก

นอกจากการปรับตัวให้เข้ากับสภาพภูมิอากาศที่แห้งแล้งแล้ว การเกิดชนิดใหม่ขึ้นอย่างมากมายของแคคตัส ยังสัมพันธ์กับการปรับตัวเข้าหาสัตว์ผู้ผสมเกสรกลุ่มใหม่ การปรับตัวนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง

เนื่องจากแคคตัสส่วนมากไม่สามารถสร้างผลและเมล็ดได้ด้วยการผสมเกสรภายในต้นที่มีพันธุกรรมเดียวกัน จำเป็นต้องอาศัยเรณูจากเกสรเพศผู้ของดอกต้นอื่นที่ต่างพันธุกรรมกันมาผสมกับเกสรเพศเมียเพื่อให้เกิดผลและเมล็ดสำหรับการขยายพันธุ์ต่อไป

และจากการวิเคราะห์ทางวิวัฒนาการชาติพันธุ์ร่วมกับการตรวจหาลักษณะโบราณพบว่าการอาศัยสัตว์กลุ่มผึ้งเป็นพาหะถ่ายเรณูระหว่างดอกเป็นลักษณะดั้งเดิมของแคคตัส และมีการวิวัฒนาการไปอาศัยสัตว์กลุ่มอื่นมาช่วยผสมเกสร ได้แก่ นก มอธ หรือค้างคาว การปรับตัวนี้เกิดขึ้นบ่อยครั้งในกลุ่มแคคตัสในทวีปอเมริกาเหนือที่มีอัตราการเกิดชนิดใหม่เป็นจำนวนมากดังที่ได้กล่าวไปเมื่อสักครู่นี้

สาเหตุที่แคคตัสต้องปรับเปลี่ยนสัตว์ผู้ผสมเกสรจากผึ้งเป็นนก มอธ หรือค้างคาว อาจมีสาเหตุเนื่องมาจากการกระจายพันธุ์ไปยังพื้นที่ใหม่หรือในที่ห่างไกล ซึ่งพื้นที่เหล่านั้นไม่มีผึ้งอาศัยอยู่ในบริเวณโดยรอบหรือผึ้งอาจบินไปไม่ถึง เพราะพวกมันมีนิสัยที่จะหาอาหารในบริเวณใกล้กับรังของพวกมัน

หรือการที่ในบริเวณนั้นมีแคคตัสหรือพืชอื่นหลายชนิดเกินไป ทำให้ผึ้งสะสมเรณูของพืชหลายชนิดเป็นจำนวนมาก จึงมีโอกาสสูงที่ดอกของแคคตัสชนิดหนึ่งๆ จะปนเปื้อนด้วยเรณูของแคคตัสหรือพืชชนิดอื่น และโอกาสที่จะได้รับการผสมเกสรจากเรณูชนิดของมันเองก็ลดน้อยลง ส่งผลให้เกิดผลและเมล็ดน้อยลงด้วย

ดังนั้นการปรับตัวเข้าหาสัตว์ผู้ถ่ายเรณูที่จำเพาะ จึงเป็นการลดการแข่งขันกับแคคตัสหรือพืชชนิดอื่นในบริเวณนั้นๆ และเป็นการสร้างโอกาสให้สามารถประสบความสำเร็จในการสร้างผลและเมล็ดเพื่อขยายพันธุ์และกระจายพันธุ์ไปยังพื้นที่อื่นๆ ได้มากขึ้นด้วย

การวิวัฒนาการเพื่อให้ได้มาซึ่งสัตว์ผู้ผสมเกสรกลุ่มใหม่นั้น แคคตัสต้องปรับเปลี่ยนรูปร่างลักษณะของตนเองให้สามารถดึงดูดและมีความเหมาะสมกับสัตว์กลุ่มนั้น ๆ

โครงสร้างที่มีการเปลี่ยนแปลงไปมีอยู่สองส่วนหลัก คือทรงต้นและโครงสร้างดอก กว่า 88 เปอร์เซ็นต์ของแคคตัสที่ผึ้งเป็นผู้ผสมเกสร จะมีดอกอยู่ในระดับความสูงที่ใกล้ระดับผิวดิน

ซึ่งสัมพันธ์กับลำต้นที่เป็นทรงกลมหรือทรงถังที่มีความสูงไม่มากนัก มีโครงสร้างดอกค่อนข้างเรียบง่าย คือมีดอกรูปถ้วยบานกว้างออก ดอกมักมีสีเหลืองสด มีฐานรองดอกสั้นทำให้เนื้อเยื่อสร้างน้ำหวานเพื่อเป็นรางวัลแก่ผึ้งอยู่ตื้นใกล้ปากดอก และออกดอกบานตอนกลางวัน องค์ประกอบเช่นนี้ได้ช่วยอำนวยความสะดวกให้กับผึ้งให้เข้ามาผสมเกสรได้โดยง่าย

ส่วนแคคตัสที่วิวัฒนาการไปมีสัตว์กลุ่มนก มอธ หรือค้างคาวเป็นผู้ผสมเกสร มากกว่า 80 เปอร์เซ็นต์ของแคคตัสกลุ่มนี้จะมีดอกที่ถูกชูให้โดดเด่นสูงจากระดับผิวดิน ซึ่งสอดคล้องกับรูปแบบการเจริญเติบโตของลำต้นที่เป็นทรงพุ่ม เป็นลำแท่ง หรือทรงต้นคล้ายต้นไม้ ที่มีความสูงค่อนข้างมาก

การที่ดอกถูกชูให้โดดเด่นนั้นทำให้สัตว์ผู้ผสมเกสรที่บินอยู่ในระยะไกลสามารถมองเห็นได้ง่าย นอกจากการเพิ่มโอกาสที่จะถูกมองเห็นด้วยสายตาแล้ว การที่ดอกอยู่ในระดับที่สูงยังช่วยในการกระจายกลิ่นเพื่อดึงดูดมอธและค้างคาวบางชนิดที่อาศัยกลิ่นนำทาง

และยังช่วยให้ค้างคาวอีกบางชนิดสามารถตรวจจับได้ด้วยการใช้เสียงสะท้อนหรือเอคโคโลเคชั่น (echolocation) และแน่นอนว่าการปรับตัวของโครงสร้างดอกให้เข้ากับนก มอธ หรือค้างคาว ซึ่งเป็นสัตว์ที่มีสรีระและอุปนิสัยที่เฉพาะ ย่อมทำให้แคคตัสมีโครงสร้างดอกที่มีความพิเศษเหมาะกับสัตว์ถ่ายเรณูนั้นๆ ด้วย

สำหรับแคคตัสที่อาศัยนกเป็นผู้ผสมเกสร พวกมันมักมีดอกบานตอนกลางวัน มีสีสันฉูดฉาด เช่น สีแดง ซึ่งเป็นสีที่ไวต่อการมองเห็นของนก ดอกมักมีรูปทรงเป็นหลอดแคบ ยาวพอดีกับจะงอยปากของนกที่จะสอดเข้าไปกินน้ำหวานที่อยู่ส่วนโคนภายในดอก

แคคตัสที่อาศัยมอธและค้างคาวเป็นผู้ผสมเกสร จะมีดอกบานตอนกลางคืน เนื่องจากสัตว์ทั้งสองประเภทออกหากินในเวลากลางคืน ดอกมีสีขาวเพื่อช่วยให้มองเห็น รวมทั้งส่งกลิ่นเพื่อดึงดูด

ทรงดอกสำหรับมอธนั้นจะเป็นหลอดแคบและยาวค่อนข้างมาก มีเพียงงวงของมอธที่สามารถสอดเข้ามาเพื่อกินน้ำหวานได้ ส่วนทรงดอกสำหรับค้างคาวมักจะมีแอ่งน้ำหวานขนาดใหญ่ที่ผลิตน้ำหวานปริมาณมาก และมีเนื้อเยื่อฐานดอกที่แข็งแรงพร้อมรับแรงกระแทกจากค้างคาวระหว่างที่พวกมันกินน้ำหวาน

จากที่ได้กล่าวมานี้ อาจทำให้หลงคิดว่าแคคตัสแต่ละชนิดจะมีสัตว์ผู้ผสมเกสรเพียงกลุ่มเดียวเท่านั้น ความคิดนี้อาจเป็นความจริงสำหรับแคคตัสบางชนิดที่มีความจำเพาะต่อสัตว์ผู้ถ่ายเรณูสูงมากๆ

แต่โดยทั่วไปแล้วดอกของแคคตัสอาจมีสัตว์มากกว่าหนึ่งกลุ่มเข้ามาเยี่ยมเยือน แต่มักจะมีสัตว์เพียงกลุ่มเดียวที่ทำหน้าที่เป็นผู้ผสมเกสรที่มีประสิทธิภาพ กล่าวคือเป็นสัตว์ที่ทำให้แคคตัสสามารถผลิตผลและเมล็ดได้มากที่สุด

แต่การเปิดโอกาสให้สัตว์กลุ่มอื่นๆ เข้ามามีปฏิสัมพันธ์เพิ่มขึ้นอีกบ้างเล็กน้อยนั้น ถือว่าเป็นข้อดีอีกอย่างหนึ่ง คือมันจะเป็นแผนสำรองรับประกันความสำเร็จในการขยายพันธุ์ในกรณีที่สัตว์ผู้ผสมเกสรหลักนั้นหายไปจากถิ่นที่อยู่ และเป็นการเพิ่มโอกาสให้แคคตัสสามารถกระจายพันธุ์ไปยังพื้นที่ใหม่ที่ไม่มีสัตว์ผู้ผสมเกสรหลักอาศัยอยู่ได้ง่ายขึ้นด้วย

ยกตัวอย่างเช่น แคคตัสที่อาศัยค้างคาวเป็นหลักในการผสมเกสร ก็อาจจะมีมอธไปช่วยผสมเกสรได้ด้วย เนื่องจากสัตว์ทั้งสองออกหากินในเวลาเดียวกัน และดอกของแคคตัสสำหรับค้างคาวก็มีขนาดใหญ่พอให้มอธเข้าไปกินน้ำหวานด้วย

หรือแคคตัสที่อาศัยค้างคาวเป็นหลักในการผสมเกสร ซึ่งบานตอนกลางคืน แต่ก็ขยายระยะเวลาบานของดอกให้นานขึ้น คาบเกี่ยวในช่วงกลางวันของวันถัดมา เพื่อเพิ่มโอกาสให้นกซึ่งเป็นสัตว์ที่หากินตอนกลางวันเข้ามาช่วยในการผสมเกสรด้วย เป็นต้น

นอกเหนือจากปัจจัยในด้านของสภาพภูมิประเทศและภูมิอากาศที่เปลี่ยนแปลงไป และการปรับตัวเข้าหาสัตว์ผู้ถ่ายเรณูกลุ่มใหม่นั้น การเกิดขึ้นเป็นชนิดใหม่ของแคคตัสบางกลุ่ม ยังเป็นผลมาจากการเพิ่มขึ้นของจำนวนชุดโครโมโซมและการเกิดลูกผสมตามธรรมชาติอีกด้วย

และทั้งหมดที่กล่าวมานี้ก็เป็นปัจจัยบางส่วนที่ได้รับการศึกษาวิจัยและพบว่าเป็นปัจจัยสำคัญที่มีส่วนทำให้เกิดการวิวัฒนาการ สร้างความหลากหลายในพืชวงศ์แคคตัสตลอดช่วงระยะเวลาหลายล้านปีที่ผ่านมา

ขอบคุณทุกท่านที่อ่านมาถึงตรงนี้ ไม่เบื่อเสียก่อน มีข้อมูลส่วนไหนผิดพลาดไป ช่วยบอกกล่าวด้วยครับ จะได้แก้ไขให้ถูกต้องครับ

ที่มา: บทความ โดย Natthaphong Moss Chitchak