Древние растения научились нагревать шишки для привлечения насекомых за миллионы лет до появления цветов

Саговники (Cycadales) — одна из древнейших групп семенных растений, опыляемых жуками вот уже 200 миллионов лет, еще со времен динозавров. Известно, что их репродуктивные органы (шишки) способны нагреваться, но ранее считалось, что это нужно для испарения запаха, привлекающего опылителей, или просто для защиты от холода. Авторы новой научной работы, опубликованной в журнале Science, предположили, что само тепло служит навигационным маяком.

Ученые провели серию экспериментов с саговниками рода Zamia и их опылителями — жуками-долгоносиками Rhopalotria furfuracea. Тепловизионная съемка показала, что шишки нагреваются по строгому циркадному ритму: днем температура повышается у мужских растений, а ближе к вечеру, примерно через три часа, — у женских. Растения работают как биологические печи, сжигая крахмал в митохондриях, чтобы поднять свою температуру более чем на 10 °C выше окружающей среды.

Опылитель саговника, жук-долгоносик R. furfuracea под сканирующим электронным микроскопом / © Wendy A. Valencia-Montoya et al.

Чтобы доказать, что жуки летят именно на тепло, исследователи создали 3D-модели шишек. В экспериментах, исключающих влияние запаха и тактильных ощущений, насекомые безошибочно выбирали нагретые муляжи, игнорируя холодные. Более того, жуки перелетали с остывающих «мужских» моделей на нагревающиеся «женские», что в природе обеспечивает перенос пыльцы.

Анализ анатомии насекомых позволили выявить в их усиках специализированные сенсоры. Молекулярные биологи нашли ген TRPA1, кодирующий белок-терморецептор. Примечательно, что этот же механизм используют комары и гремучие змеи для поиска теплокровных жертв. Блокировка этого рецептора делала жуков «слепыми» к тепловым сигналам растений.

Исследователи полагают, что в эпоху динозавров инфракрасная коммуникация была основным способом общения растений и насекомых. Однако примерно 50-100 миллионов лет назад произошла глобальная смена стратегий. В меловом периоде появились и развились цветковые растения и их опылители (пчелы, бабочки), обладающие хорошим цветовым зрением. Производство цветных пигментов оказалось энергетически выгоднее, чем постоянный нагрев, поэтому «тепловые маяки» уступили место пестрому разнообразию цветов.