仙人掌科植物（Cactaceae）的分布確實高度集中在美洲的干旱和半干旱地區，尤其是墨西哥、美國西南部（亞利桑那、新墨西哥、得克薩斯、加利福尼亞南部）、安第斯山脈西坡（秘魯、智利、阿根廷西北部）等地。雖然它們也零星出現在其他大陸（通常是引種或逸生），但其起源和多樣性中心無疑在美洲。
為什么它們多生長在干旱地區？
仙人掌之所以成為干旱環境的標志性植物，甚至可以說是“干旱環境的代言人”，是因為它們進化出了一系列極其精妙和高效的適應機制，使其能夠在其他大多數植物無法生存的缺水環境中茁壯成長。這些適應策略主要集中在以下幾個方面：
高效的水分儲存能力：
- 肉質莖： 這是仙人掌最顯著的特征。它們膨大、多汁的莖干就像巨大的儲水罐。莖的內部充滿了特殊的薄壁組織，能夠儲存大量的水分（有時可達自身重量的90%以上）。在降雨時，它們會貪婪地吸收水分，儲存在莖中，供漫長的干旱期使用。
- 減少表面積： 許多仙人掌呈球形或柱狀，這種形態具有最小的表面積與體積比，大大減少了暴露在干燥空氣中的水分蒸發面積。
最大限度地減少水分流失：
- 葉子退化： 絕大多數仙人掌的葉子已經退化為刺。葉子是植物蒸騰作用（水分通過葉片氣孔散失到空氣中）的主要部位。葉子退化從根本上消除了這個巨大的水分流失渠道。
- 蠟質表皮： 仙人掌的莖表面覆蓋著一層厚厚的、光滑的蠟質層（角質層）。這層蠟質就像一件防水外套，形成了一道物理屏障，有效阻止水分通過莖表皮蒸發。
- 特殊的光合作用方式：
- 景天酸代謝： 這是仙人掌最關鍵的生理適應之一。為了在白天高溫干燥時關閉氣孔（防止水分流失），仙人掌在夜晚涼爽潮濕時打開氣孔，吸收二氧化碳，并將其暫時固定為有機酸（如蘋果酸）儲存在液泡中。等到白天，在氣孔關閉的情況下，利用陽光將儲存的有機酸分解，釋放二氧化碳進行光合作用。這種“晝伏夜出”的策略完美地解決了光合作用需要二氧化碳但開放氣孔又會損失水分的矛盾。
- 氣孔數量少且深陷： 即使有少量氣孔，它們也通常數量較少，并且凹陷在莖表面的氣孔窩中，這進一步減少了空氣流動，降低了水分蒸騰速率。
高效的根系吸收系統：
- 廣泛而淺的根系： 許多仙人掌的根系雖然不深，但分布范圍非常廣泛。這使得它們能夠在降雨（即使是短暫的陣雨）發生時，迅速、大面積地吸收地表淺層土壤中的水分。一場小雨后，它們就能吸收到足夠維持很長時間的水分。
- 快速吸水能力： 它們的根系對水分極其敏感，能在雨后迅速恢復吸水功能。
保護機制：
- 刺： 由葉子退化而來的刺，除了減少蒸騰，更重要的是防御。在資源匱乏的干旱環境中，多汁的仙人掌莖是許多動物（如嚙齒類、鳥類、昆蟲）渴望的水源和食物來源。尖銳的刺構成了強大的物理屏障，有效抵御食草動物的啃食。
- 化學防御： 一些仙人掌還含有生物堿或其他化學物質，味道苦澀或有毒，進一步阻止動物取食。
利用稀缺資源：
- 在極端環境中占據生態位： 干旱地區對大多數植物來說生存條件惡劣，競爭相對較小。仙人掌憑借其獨特的適應性，成功占據了這些“空閑”的生態位，成為優勢物種。
總結來說：
仙人掌并非“喜歡”干旱，而是它們通過數百萬年的進化，發展出了一套無與倫比的“生存工具包”，使其能夠在干旱環境中高效地獲取、儲存、利用水分，并最大限度地減少水分流失，同時保護自己珍貴的資源不被掠食者消耗。這些精妙的適應策略（肉質儲水莖、葉子退化為刺、蠟質表皮、CAM光合作用、廣泛淺根系、刺的防御）共同作用，使仙人掌科植物成為地球上最成功的干旱環境適應者之一，并塑造了它們在美洲干旱地帶高度集中的分布格局。它們的存在，本身就是生命在極端環境中頑強與智慧的象征。
