Тези растения могат да се самозатоплят – учените най-накрая знаят защо

Когато в Амазония настъпи нощта, шишарките, пълни със семена, които се издигат над растенията, изпращат зов към местните бръмбари да дойдат и да ги опрашат. Този зов е под формата на инфрачервена светлина, топлинно излъчване, което растенията създават, като повишават собствената си температура.

Цикадите, древни семенни растения от разред Cycadales (семейство Zamiaceae, род Zamia, изследван вид Zamia furfuracea), често са наричани живи вкаменелости. Техните шишарки могат да повишават температурата си с до около 15°C над околната среда, като при това излъчват инфрачервена светлина. За първи път учените съобщават в списание Science, че именно тази инфрачервена радиация привлича опрашващите бръмбари Rhopalotria furfuracea, механизъм, който вероятно представлява един от най-древните комуникационни сигнали между растения и животни, развил се още преди появата на цветове и аромати при съвременните цъфтящи растения.

„Това е безспорно изненадващо“, казва Джо Паркър, еволюционен биолог в Калифорнийския технологичен институт, който не участва в изследването. „Това е от онези красиви природни системи, при които си казваш: разбира се, така е било. Толкова е елегантно. Природата естествено би развила еволюционно такова решение.“

Инфрачервената светлина е невидима за човешкото око и затова изглежда необичаен начин за привличане на опрашители. Но според учените този сигнал е възникнал много преди появата на цветното зрение в еволюцията.

„Тези животни имат свой скрит свят, по който се ориентират, за да намират растения и по този начин подпомагат развитието на живота на сушата“, казва Никълъс Белоно, съавтор на изследването и биолог в Харвардския университет.

Когато Уенди Валенсия-Монтоя, водещ автор на новото изследване, живее шест месеца в палатка в Перуанска Амазония за свой бакалавърски проект, тя често се губи в гъстата джунгла. Но забелязва, че бръмбарите Rhopalotria furfuracea без усилие намират пътя към скритите цикади, които приличат на малки палми или папрати с големи листа и кафяви стволове, макар да са по-близки до иглолистните.

И шишарките на цикадите, и бръмбарите, които ги опрашват, са дребни и трудно откриваеми, ако не знаеш какво търсиш.

По-късно, като докторантка в лабораторията на Белоно в Харвард, Валенсия-Монтоя решава да разбере как бръмбарите успяват да открият цикадите, представители на най-старите растения, които използват животни за опрашване.

От фосили е известно, че бръмбарите опрашват цикади още от ранната юра, преди около 200 милиона години, когато динозаврите са бродели по Земята. Затова разгадаването на този механизъм е като пътуване назад към произхода на опрашването.

Предишни проучвания показват, че цикадите имат широк температурен диапазон. Тези разлики подсказват, че затоплянето не е страничен ефект от метаболизма, а сигнал за привличане на бръмбари. Някои насекоми, включително този вид, разпознават определени температурни диапазони и са специализирани в тях.

„Смятаме, че насекомите могат да различават тези температури и да ги използват, за да определят кое растение кое е“, обяснява Валенсия-Монтоя.

Но дали реагират конкретно на топлината или на друг аспект от излъчването на шишарките остава неизвестно.

Учени провеждат поведенчески тестове с бръмбарите Rhopalotria furfuracea в Ботаническия център в Монтгомъри, Флорида и откриват, че мъжките шишарки (тези с прашеца) се загряват и охлаждат първи. Женските, които приемат прашеца, се загряват около три часа по-късно, създавайки своеобразна хореография, която бръмбарите следват.

Следващи експерименти показват, че бръмбарите предпочитат най-топлите части на шишарките, пълни с прашец, знак, че топлината ги насочва. Но учените подозират, че не просто топлина, а специфичен инфрачервен компонент е истинският сигнал, който привлича тези миниатюрни опрашители.

Колкото повече се нагрява даден обект, толкова повече инфрачервена светлина излъчва. Усещането на тази светлина е различно от усещането на топлина чрез допир или конвекция.

За да определят разликата по-добре, учените поставили 3D-принтирани цикади в контролирана лабораторна среда и провели серия от експерименти. Например, те покрили моделните цикади с полиетиленово фолио, което е предимно прозрачно за инфрачервена светлина, на около един сантиметър от повърхността на репликираното растение, и въпреки това наблюдавали, че бръмбарите са по-привлечени от нагряти мъжки и женски растения, отколкото от тези при стайна температура.

Докато предишни изследвания са документирали други растения, които се нагряват сами, водещата теория е, че тази способност би била полезна в студена среда, за да устои на замръзване или дори да затопли опрашващите насекоми, казва Белоно. „Няма реални доказателства, че това би било сигнал за самото опрашване.“

След това учените отишли още по-дълбоко, изследвайки какво се случва на молекулярно ниво, за да могат бръмбарите да улавят инфрачервена светлина от растенията.

В невроните в антените на бръмбарите те открили варианти на ген, наречен TRPA1. Предишни изследвания са установили, че този конкретен ген е важен за инфрачервеното усещане при змиите, което им помага да намират хищници, и комари, които търсят хора и други животни, за да ги ухапят.

Връзката изненада Валенсия-Монтоя. Насекомите са се отделили от змиите преди повече от 400 милиона години в еволюционната история, но същите гени все още функционират по подобен начин в случая с бръмбарите и змиите. „Природата сякаш просто рециклира едни и същи стари молекулярни играчи и ги използва отново“, казва тя.

Учените вече знаеха, че някои бръмбари усещат инфрачервено лъчение. Но това е първото проучване, едно от най-значимите научни открития в ботаниката през 2025 г., което показва молекулярната и клетъчната основа на инфрачервеното усещане при който и да е вид бръмбар.

Но какво да кажем за цветовите вариации в шишарките на цикадите? След като изследваха както оптичната чувствителност на бръмбарите, така и гамата от цветове на шишарките, изследователите установиха, че бръмбарите няма да могат да ги различават добре само по цвят сред фона на дъждовната гора.

Развивайки тази идея още по-далеч, изследователите проучили бази данни за живи растения и техните цветове, както и за фосилни записи, и установили, че колкото по-голямо е цветовото разнообразие в едно семейство семенни растения, толкова по-малка е вероятността тези растения да могат да усилват собствената си топлина и обратно. Нещо повече, изглежда, че диверсификацията на бръмбарите предшества появата на пчелите, пеперудите и други опрашители, които виждат в много цветове, и е еволюирала едновременно със съвременните цъфтящи растения.

Наличието на начин за намиране на цикадите, който не е базиран на цветове, е логично, като се има предвид, че тези амазонски бръмбари са нощни същества. Бръмбарите също така снасят яйцата си в конусовидната структура на растенията, свързвайки цикъла на развитие на насекомото с тези растения. „Така че без бръмбари няма растения, а без растения няма бръмбари“, казва Валенсия-Монтоя.

Въпреки че това проучване показва за първи път значението на инфрачервената светлина при опрашването, други известни досега сигнали от цикасите – като влажност и аромат – все още играят роля в привличането на бръмбарите. На къси разстояния ароматът не е толкова полезен сигнал, колкото инфрачервената светлина за локализиране на входовете на шишарките, цветен прашец и други награди, но все пак привлича опрашителите. Валенсия-Монтоя и нейните колеги се надяват официално да тестват възможната взаимосвързаност на топлината, влажността и аромата в тези растения в бъдещи изследвания.

Проучването също така повдига възможността да има други екологични системи в природата, които разчитат на промени в топлината и инфрачервените сензорни сигнали, които все още не са документирани, казва Паркър.

С около 400 000 вида, известни днес – и това е само това, което е описано и наименувано досега – бръмбарите представляват около една четвърт от всички известни животински видове. Като се има предвид дългата им еволюционна история, има смисъл бръмбарите да са били предшествениците на инфрачервеното сензорно опрашване, казва Паркър.

„Ако има някакъв организъм, който вероятно се е включил в процеса и е успял да се настрои към тази форма на информация, излъчвана от растенията, и да я използва като сензорен сигнал, има голяма вероятност това да е бил бръмбар“, казва той.