Шишки-обогреватели: древние растения включают необычную сигнализацию для привлечения жуков
Еще задолго до появления ярких цветков и благоухающих лепестков растения уже привлекали своих опылителей — но делали это с помощью тепла. Новое исследование показывает, что саговники — одни из древнейших семенных растений на планете — используют инфракрасное излучение как сигнал для опыления.
Уникальный механизм опыления
Саговники, часто называемые «живыми ископаемыми», появились около 275 млн лет назад и достигли пика разнообразия в Юрский период. Сегодня большинство из примерно 300 видов находятся под угрозой исчезновения, и почти все они зависят от одного-единственного вида жуков-опылителей.
Исследователи изучили взаимодействие вымирающей «картонной пальмы» Zamia furfuracea и ее опылителя — долгоносика Rhopalotria furfuracea. Оказалось, что мужские шишки растения нагреваются и приманивают жуков, которые питаются пыльцой. Когда тепловой сигнал становится слишком интенсивным, насекомые перелетают на женские шишки — как раз к моменту их нагревания. Так перенос пыльцы завершается, и растение продолжает свой род.
Это первое прямое доказательство того, что тепло может служить полноценным каналом коммуникации между растениями и опылителями — и этот механизм старше цветов, ароматов и даже цветковых растений. «Мы открыли новое измерение информации, которое растения и животные используют для общения. О нем мы даже не подозревали», — говорит ведущий автор исследования Венди Валенсия-Монтойя из Гарвардского университета.
Коэволюция жуков и растений
С помощью тепловизоров ученые обнаружили, что шишки нагреваются до 25°C выше температуры окружающего воздуха благодаря особым клеткам, богатым митохондриями. Нагрев происходит в четком суточном ритме: вечером нагреваются мужские шишки, а спустя несколько часов — женские. Именно в этом ритме и перемещаются жуки, что подтвердили эксперименты с флуоресцентными метками.
«Мужские и женские растения нагреваются в циркадном режиме, и это полностью совпадает с движением жуков», — отмечает Николас Беллоно, соавтор работы, опубликованной в журнале Science .
На усиках насекомых ученые обнаружили специальные термочувствительные структуры, заполненные нейронами. Ключевую роль играет белок TRPA1 — тот же, что помогает змеям и комарам находить теплокровных жертв. Важно, что жуки «настроены» именно на температуру шишек своего вида саговника, что свидетельствует о длительной коэволюции.
Раньше считалось, что нагрев цветков или шишек нужен растениям лишь для испарения ароматических веществ. Однако новое исследование доказывает, что тепло само по себе является важным сигналом, особенно на близком расстоянии, где градиенты запаха уже не работают. Это похоже на систему «привлечь — отпугнуть»: умеренный нагрев мужских шишек приманивает, а слишком сильный — заставляет насекомых переместиться к женским.
Тепловая сигнализация, вероятно, возникла на ранних этапах эволюции саговников и может быть одним из древнейших способов общения растений с опылителями. Позже, с расцветом цветковых растений, акцент сместился на яркие цвета и ароматы — сигналы, которые лучше воспринимают пчелы и бабочки. Жуки же, опыляющие саговники, обладают слабым цветовым зрением, зато прекрасно чувствуют тепло.
