Мы склонны думать о растениях как о пассивных, уязвимых акторах. Но в партнёрстве с насекомыми именно растения часто играют ведущую роль. Иногда это может быть довольно неожиданно. С наступлением вечера некоторые тропические растения повышают температуру своих репродуктивных колбочек значительно выше окружающего воздуха. Тепло производит инфракрасное излучение, которое ночные жуки могут чувствовать, хотя люди — нет.

Новое исследование, опубликованное в Наука показывает, что эти растения — называемые цикадами — используют инфракрасное излучение от тепла как сигнал для привлечения опыляющих жуков. Открытие свидетельствует о том, что задолго до того, как цветы приобрели яркие цвета или сладкий нектар, растения и насекомые уже общались через температуру.

Древнее партнёрство

Цикады — это динозавры в мире растений. Часто называемые «живыми окаменелостями», виды, растущие сегодня, поразительно похожи на окаменелости юрского периода. Они не цветут; вместо этого они размножаются с помощью конусообразных структур, при этом мужские и женские шишки растут на отдельных растениях.

Десятилетиями учёные знали, что некоторые цикады нагревают свои колбоки, иногда на целых 15 градусов Цельсия (27 градусов по Фаренгейту) над окружающим воздухом. Жара помогала распространять запах или обеспечивала насекомым тёплое место для отдыха.

Но время намекало на что-то более осознанное. Самцы шишки нагреваются первыми, выпуская пыльцу поздним днём. Женские шишки следуют за этим примером примерно через три часа. Этот поэтапный нагрев фактически перетягивает насекомых с одного растения на другое.

«Это опыление push-pull помогает жукам пройти этапы размножения растений», — рассказала Венди Валенсия-Монтойя, эволюционный биолог из Гарвардского университета и ведущий автор исследования The New York Times .

Целями этой кампании являются жуки. Ископаемые показывают, что жуки опыляли семена задолго до появления пчёл и бабочек. В том древнем, тусклом мире цвет был не лучшим сигналом. Жара, однако, явно выделяется на закате.

Тест теплового сигнала

Любопытство Валенсии-Монтойи началось много лет назад, во время полевых исследований в перуанской Амазонии. Живя в палатке, будучи студенткой, она с поразительной точностью наблюдала, как жуки находят конуси из сагорников.

«Меня уже интересовало, как насекомые, будучи такими маленькими, так хорошо ориентируются», — сказала она National Geographic . «Видишь один конус, а на следующий день видишь там всех жуков.»

Чтобы выяснить способ, её команда разработала серию экспериментов, убравших знакомые подсказки. Они строили 3D-печатные цикадные конусы и размещали их рядом с настоящими растениями. Реплики не имели ни запаха, ни цвета, ни текстуры, напоминающей растение.

Некоторые искусственные конусы были подогреты, чтобы соответствовать настоящим цикадным конусам. Другие оставались при температуре окружающей среды. Жуки в подавляющем большинстве выбрали тёплые копии.

Исследователи пошли дальше. Они покрывали нагретые модели материалом, который блокировал физический контакт, но позволял инфракрасному излучению проходить сквозь них. Жуки не чувствовали тепла на ощупь. Они всё равно прибыли.

От этого вывода было трудно уйти. Насекомые не следовали за запаховыми струями или визуальными узорами. Они фиксировали инфракрасное излучение, исходящее от тепла.

«Не было реальных доказательств того, что это может быть сигналом для самого опыления», — рассказал Николас Беллоно, молекулярный биолог из Гарварда и соавтор исследования National Geographic .

Антенна

Поведение — это одно; Биология — другая специальность. Исследователям нужно было знать Как Жуки видели жару.

На кончиках усиков жуков они обнаружили скопления специализированных сенсорных клеток. Эти клетки сильно реагировали на небольшие изменения температуры. Когда команда отключила наконечники антенн, жуки перестали реагировать на инфракрасные сигналы, хотя всё ещё реагировали на запах.

На молекулярном уровне ключом оказался ген под названием TRPA1. Версии этого гена уже известны у других животных. Змеи используют его для обнаружения тепла тела добычи. Комары используют его, чтобы находить теплокровных хозяев.

Обнаружение того же гена у жуков — удивление Исследователи. Насекомые и змеи отделились на эволюционном дереве более 400 миллионов лет назад.

«Природа, кажется, просто перерабатывает одних и тех же молекулярных игроков и использует их снова», — сказала Валенсия-Монтойя National Geographic .

Ещё более поразительно, что разные виды жуков несут немного разные версии этого гена. Каждая версия была настроена под удельный температурный диапазон, создаваемый её видом цикада-хозяина. Совпадение было точным, что указывало на долгую историю коэволюции.

До того, как цветы стали яркими

Ранние опылители были в основном ночными и имели ограниченное цветовое зрение. Для них тепло и запах были надёжными сигналами. По мере эволюции новых групп насекомых — активных днём и способных видеть более широкий спектр цветов — растения изменили тактику.

Цветущие растения взрывались разнообразием вместе с пчёлами и бабочками, развивая яркие цвета и узоры. В новом исследовании учёные обнаружили компромисс между семействами растений: те, кто сильно полагался на тепло, имели мало цветового разнообразия, тогда как яркие растения редко выделяли тепло.

«Инфракрасное излучение, возможно, является самым древним обнаруженным сигналом опыления», — сказал Беллоно NPR .

Не все эксперты согласны с тем, что тепло было первоначальным сигналом опыления. «Значит, у всех были инфракрасные детекторы, пока цвет не эволюционировал? Я так не думаю.» Дэвид Перис, палеонтолог из Ботанического института Барселоны, рассказал The New York Times .

Сегодня цикады входят в число самых угрожаемых групп растений во всём мире. Понимание их размножения может быть критически важным для сохранения видов, зависящих от высокоспециализированных опылителей.