Глобальный вопрос: как кактусы поняли что им нужны иголки? Почему в одном случае могут быть иголки, а в другом колючки или всякие разные защитные вещества?

Отнюдь не случайность это решила, как написано. Вообще непонятно как это случайность. Это человеку свойственно - случай и кабы да авось☺. Именно они и поняли, а остальное эволюция. Когда они поняли это Вам вряд ли кто-то даже из генетиков ответит. Поняли в процессе, что что-то полезно им в определённых условиях, а что-то и не нужно. Вот и вся тайна.