Опыление и цветы кажутся неразделимыми, но растения начали привлекать насекомых задолго до появления красочных венчиков. Новое исследование, опубликованное в журнале Science, показывает, как они это делали: не яркими красками, а лучистым теплом.
До появления цветов растения привлекали насекомых теплом
Ученые из Гарвардского университета выяснили, что саговники — древнейшие растения, опыляемые животными, — привлекают жуков инфракрасным излучением своих разогретых шишек. Исследование показывает самую раннюю форму опыления, которая возникла за миллионы лет до эволюции ярких лепестков.
Саговник Zamia furfuracea. Википедия
Способность генерировать тепло встречается у нескольких групп растений, включая некоторые ароидные (например, тропическое растение аморфофаллус гигантский) и кувшинки. Термогенез требует больших энергетических затрат: клетки сжигают запасы углеводов через альтернативный путь дыхания, минуя обычное производство АТФ. Помимо привлечения опылителей, разогрев повышает влажность внутри репродуктивных структур, усиливает распространение запаха и создает теплое убежище, где жуки могут спариваться и размножаться. У некоторых видов температура внутри соцветия держится стабильной даже при колебаниях внешней температуры.
Саговники — тропические растения, похожие на пальмы, — способны к термогенезу: их шишкообразные репродуктивные структуры разогреваются на 15 градусов Цельсия выше температуры окружающей среды. Ученые провели эксперимент: они покрыли шишки саговников ультрафиолетовым флуоресцентным красителем, чтобы прилетающие жуки оставляли видимые следы. Оказалось, что насекомые предпочитают самые теплые участки шишек.
Тепловое изображение двух мужских шишек саговника Zamia furfuracea. Шишки нагреваются во время выделения пыльцы. Некоторые участки шишек могут нагреваться по-разному, и эти узоры служат ориентирами для опыления.
Исследователи проверили, реагируют ли жуки именно на инфракрасное излучение. Они нагрели напечатанные на 3D-принтере модели шишек и обернули их пластиковой пленкой, исключив передачу тепла через прикосновение. Жуки все равно выбирали нагретые модели. Анализ сенсорных органов насекомых показал, что кончики их усиков насыщены белком TRPA1 — тем же теплочувствительным ионным каналом, который помогает змеям и комарам воспринимать инфракрасное излучение.
Загадка Дарвина и угроза потепления
Жуки вида Rhopalotria furfuracea на саговнике (Z. furfuracea), шишки которого выделяют тепло во время опыления.
Открытие проливает свет на эволюционную головоломку, которую Чарльз Дарвин называл «отвратительной тайной»: почему цветковые растения внезапно размножились до 350 тысяч видов, а саговники и другие голосеменные едва насчитывают тысячи? Такое раздражение великого ученого, вероятно, было связано с тем, что он не мог объяснить этот взрыв цветковых в рамках своей теории. Но, возможно, цветковые появились не так и внезапно, а зависимость от инфракрасного излучения ограничила число насекомых, с которыми саговники смогли выстроить специализированные отношения.
Цветковые растения варьируют оттенки, насыщенность и узоры лепестков, получая почти бесконечные комбинации для привлечения разных опылителей. Саговники могут регулировать только интенсивность нагрева.
Соавтор исследования Николас Беллоно отмечает, что результаты открывают окно в «самую раннюю форму опыления». Зависимость от температурных сигналов поднимает и природоохранный вопрос: не затруднит ли глобальное потепление жукам различение тепла их хозяев? Саговники уже считаются самым угрожаемым отрядом растений, а потепление может их просто уничтожить.