Ryškios spalvos ir viliojantys kvapai atrodo įspūdingai, tačiau tai tik dalis priemonių, kuriomis augalai vilioja apdulkintojus. Kai kurie augalai geba skleisti šilumą, ir naujas tyrimas pirmą kartą parodė, kad būtent ši šiluma traukia vabzdžius ir taip padeda augalams apsidulkinti.
Manoma, kad toks šilumos signalas galėjo būti vienas pirmųjų augalų karalystėje atsiradusių būdų pritraukti apdulkintojus prieš šimtus milijonų metų.
Tokius gebėjimus turi cikadai – augalų grupė, kuri nuo juros periodo pakito palyginti nedaug. Jų šilumos generavimo ypatumai atskleidžia įspūdingą augalų ir nuo jų dauginimosi priklausančių apdulkintojų koevoliuciją.
„Gerokai anksčiau nei atsirado žiedlapiai ir kvepalai, augalai ir vabalai vieni kitus rasdavo jausdami šilumą“, – sako Harvardo universiteto evoliucijos biologė Wendy Valencia-Montoya.
Jau dešimtmečius žinoma, kad kai kurie augalai – įskaitant ir cikadus – turi termogenezės, arba šilumos gamybos, gebėjimą. Kai kurie jų gali sukurti temperatūrą net iki 35 °C aukštesnę nei aplinkos.
Valencia-Montoya su kolegomis pastebėjo, kad tokiam energijos kiekiui išgauti reikalingos didelės sąnaudos, todėl šilumos generavimas cikadams turėtų teikti apčiuopiamos naudos. Mokslininkai svarstė: galbūt cikadų skleidžiama šiluma yra jų dauginimosi strategija?
Kaip atrodo cikadai ir kuo jie ypatingi
Cikadai išoriškai primena medžių paparčius, nors nėra su jais giminingi. Jie turi cilindro formos kamienus ir standžius, plunksniškus lapus, augančius vainiku viršuje. Jų dauginimosi struktūros – kūgiai.
Šie augalai yra dviausiai – atskiri individai užaugina tik vyriškas arba tik moteriškas lytines ląsteles. Vyriški cikadai formuoja žiedadulkes gaminančius kūgius, o moteriški – kūgius su kiaušialąstėmis, kurios, apdulkintos, virsta sėklomis.
Šilumos generavimas vyksta tik kūgiuose, todėl natūralu manyti, kad termogenezė yra tiesiogiai susijusi su dauginimusi. Tačiau tai įrodyti buvo sudėtinga.
Tyrimo objektas – cikadas Zamia furfuracea ir jo vabalai
Mokslininkai dėmesį sutelkė į Meksikoje augantį cikadą Zamia furfuracea. Šis augalas apdulkinamas išimtinai vienos vabalų rūšies – Rhopalotria furfuracea.
Tyrėjai padarė termovaizdžius ir nustatė, kad kūgiai įkaista pagal griežtą cirkadinį ritmą – tuo pačiu metu kiekvieną dieną. Maždaug po pietų vyriškų kūgių temperatūra pradeda kilti, pasiekia piką ir vėl krenta. Moteriški kūgiai pradeda šilti trims valandoms vėliau.
Šis ciklas kartojasi kas 24 valandas, o tai rodo, kad procesą valdo vidinis genetinis laikrodis, o ne šviesos, drėgmės ar aplinkos temperatūros pokyčiai.
Vabalų elgesys: šiluma kaip „švyturys“ apdulkintojams
Dar įdomesnė istorijos dalis – vabalų elgsena. Įkaitus vyriškiems kūgiams, vabalai masiškai atskrenda prie jų. Vėliau, kai pradeda kaisti moteriški kūgiai, vabalai persikelia pas juos, kartu pernešdami ant kūno prilipusias žiedadulkes.
„Tai buvo vienas pirmųjų itin įtikinamų įrodymų, kad šis reiškinys greičiausiai susijęs su apdulkinimu“, – aiškina Harvardo universiteto ląstelių biologas Nicholas Bellono. – „Vyriški ir moteriški augalai šyla cirkadiškai kontroliuojamu režimu, ir mes matome, kad tai tiesiogiai sutampa su vabalų judėjimu.“
Nuodugnesnė augalų ir vabalų analizė atskleidė, kokie biologiniai mechanizmai valdo šią įspūdingą simbiozę.
Genetinis „radiatorius“ kūgiuose ir vabalų šilumos jutikliai
Augaluose pagrindinį vaidmenį atlieka AOX1 genas. Kai jis suaktyvėja, mitochondrijos pereina nuo įprastos ATP (ląstelės energijos) gamybos prie kuro pavertimo tiesiogine šiluma. Taip kūgiuose susidaro pastovi, ilgalaikė temperatūros pakilimo banga, kuri traukia vabalus.
Tuo tarpu vabalai antenų galuose turi specialius jutimo organus – koelokoninius sensilus. Šie jautrūs dariniai reaguoja į šiluminę infraraudonąją spinduliuotę, naudodami TRPA1 joninį kanalą – tą pačią šilumos jutimo sistemą, kuri naudojama ir kai kurių kitų gyvūnų, pavyzdžiui, gyvačių.
Atmetus visus kitus galimus aplinkos signalus, į kuriuos vabalai galėtų reaguoti, mokslininkai patvirtino, kad šie vabzdžiai tikrai orientuojasi pagal sklindančią šilumą. Kai TRPA1 kanalas buvo išjungtas, vabalai į šį dirgiklį nebereagavo. Taip pirmą kartą tiesiogiai parodyta, kad TRPA1 šilumos jutimas gali būti susijęs su apdulkinimu.
Cikadų nykimas ir žiedinių augalų iškilimas
Šiandien pasaulyje yra likę vos apie 300 cikadų rūšių, dauguma jų laikomos nykstančiomis. Viena iš galimų priežasčių – žiedinių augalų išplitimas, kurie ėmė dominuoti maždaug prieš 112–93 milijonus metų.
Infraraudonieji signalai gali perduoti tik vieną informacijos kanalą – intensyvumą, kai tuo tarpu spalvos leidžia sukurti beveik begalinę kombinacijų įvairovę. Žiediniams augalams įvairėjant ir vabzdžiams vystant vis sudėtingesnį spalvų matymą, paprastesni cikadų šiluminiai signalai galėjo tapti konkurenciniu trūkumu.
Be to, plečiantis žiedinių augalų įvairovei, prie jų prisitaikė ir vabzdžiai: jų rega ir jutimai tapo sudėtingesni ir labiau nutaikyti į dienos šviesoje matomus spalvinius, kvapų bei kitus signalus, o cikadus apdulkintys vabalai liko specializuoti naktiniams infraraudoniesiems ženklams.
Nematomos augalų ir gyvūnų sąveikos
Tarpspecifiniai ryšiai tarp augalų, jų simbiotinių partnerių, apdulkintojų, plėšrūnų ir net grobio žmonėms dažnai nepastebimi. Šis tyrimas leidžia manyti, kad matome tik labai mažą visos šios sudėtingos „kalbos“ dalį.
„Iš esmės papildome dar vieną informacijos matmenį, kurį augalai ir gyvūnai naudoja tarpusavio komunikacijai, ir apie kurį iki šiol nežinojome“, – sako Valencia-Montoya. – „Žinojome apie kvapus, žinojome apie spalvas, tačiau nežinojome, kad infraraudonieji spinduliai gali veikti kaip apdulkinimo signalas.“
