7 Minutės
Dar gerokai prieš spalvotus žiedlapius ar kvapnias puokštes, kai kurios seniausios žemės sėklinės augalų grupės naudojo kitą jutimą partneriams pritraukti: šilumą. Nauji tyrimai rodo, kad cikadai (cycads) — primityvūs, konusiniai augalai — gamina ritmiškus terminio signalo bangavimus, kurie nukreipia naktinius vabalus nuo patelių iki patino kūgių ir taip užtikrina veiksmingą apdulkinimą iš kartos į kartą. Šis infraraudonasis signalas veikia kaip cheminių ir vizualinių ženklų alternatyva tamsiame arba mažai apšviestame aplinkoje, pabrėžiant termogenezės ekologinį ir evoliucinį vaidmenį.
An infrared signal older than petals
Cikadai yra gyvi jurą primenantys reliktai: lėtai evoliucionuojantys, palmės primenantys augalai su cilindriniais kamienais, standžiais plunksniškais lapais ir ryškiais kūgiais. Skirtingai nei dauguma žydinčių augalų, kurie pasikliauja spalva ir kvapu, daugelis cikadų reprodukciniuose organuose generuoja matuojamą šilumą. Tyrėjų grupė, vadovaujama Wendy Valencia‑Montoya iš Harvardo, parodė, kad ši termogenezė nėra atsitiktinė — tai laiku suderinta, aktyvi strategija, kuri pritraukia vienintelę vabalų rūšį ir, tikėtina, atsirado dar prieš išvaizdžių žiedų evoliuciją.
Tyrimas buvo orientuotas į Zamia furfuracea — cikadų rūšį, kilusią iš Meksikos, kuri apdulkinama specifine vabalų rūšimi Rhopalotria furfuracea. Naudodami termovizinius vaizdus lauko sąlygomis, mokslininkai nustatė, kad patinų kūgiai šyla pagal labai tikslų dienos grafiką: temperatūra pakyla maždaug vidurdienio ir vidudienio po pietų laikotarpiu, pasiekia piką ir vėliau atvėsta. Patelių kūgiai seka tą patį modelį, tačiau su maždaug trijų valandų delsa — taip susidaro nuspėjama terminė seka, kurią vabalai seka ne tik kaip šiluminį orientyrą, bet ir kaip signalą, kada kūgiai yra palankūs žiedadulkių pernašai.
Termovizija Zamia furfuracea natūralioje aplinkoje. Taškuotos linijos parodo kūgius, kurių vystymosi stadijos yra per ankstyvos arba per vėlu apdulkinimui. (Valencia‑Montoya ir kt., Science, 2025)
How plants and beetles make heat-based matchmaking work
Mechanizmas yra elegantiškai paprastas ir stebėtinai molekulinis. Augalo pusėje cikadai aktyvuoja geną pavadinimu AOX1 (alternatyvioji oksidazė) kūgių audiniuose. AOX1 nukreipia mitochondrijinį metabolizmą nuo efektyvaus ATP gaminimo link šilumos išskyrimo — kuras yra suvartojamas, o energija išsisklaido kaip šiluma, o ne kaupiama kaip cheminė energija. Tokiu būdu kūgiuose susidaro pastovūs, palaikomi temperatūros padidėjimai per apdulkinimo langą, kurie sudaro aiškų fiziologinį signalą partneriams vabzdžiams.
Vabzdžių pusėje apdulkinimo vabalai turi specializuotas jutimo struktūras, leidžiančias aptikti šilumą. Ant antenų galiukų yra keleoconiniai sensilai (coeloconic sensilla) — jutikliai, jautrūs infraraudonajam šiluminiam spinduliavimui. Šie sensoriniai elementai naudoja TRPA1 jonų kanalą, kad spindulinę šilumą paverstų nerviniais signalu. Tyrimo autoriai įrodė priežastinį ryšį: kai pašalintos kitos aplinkos užuominos (pvz., kvapas ar vizualiniai kontrastai), vabalai vis tiek nukrypdavo prie sušildytų kūgių; o kai eksperimentaliai slopintas TRPA1 kanalas, vabalai nebereagavo į šilumą. Tai pirmasis tiesioginis įrodymas, susiejantis TRPA1 pagrįstą terminį jutimą su apdulkinimo elgsena.
Rhopalotria furfuracea vabalai ant patino kūgio Zamia furfuracea — kūgiai šioje stadijoje per apdulkinimo laikotarpį gamina šilumą.
Scientific context and experimental approach
Termogenezė augaluose nėra visiškai naujas reiškinys — skunk cabbage (Symplocarpus) ir kai kurios aroninių (Araceae) šeimos rūšys yra žinomos dėl sugebėjimo šildyti žiedynus. Tačiau įrodyti, kad pastovus kūgių šildymas suteikia reprodukcinį pranašumą, pareikalavo kruopštaus lauko darbo ir tarpdisciplininių metodų. Tyrėjų komanda sujungė cirkadinį monitoravimą, termovizinius matavimus, genų ekspresijos tyrimus ir elgsenos eksperimentus su gyvais vabalais, kad atskirtų koreliaciją nuo priežasties.
Parodžius 24 valandų kartojamą ciklą, buvo pagrįstai manyta, jog veikė vidinis laikrodis (cirkadinis mechanizmas), o ne pasyvus atsakas į aplinkos temperatūrą ar šviesą. Genų ekspresijos profiliai išryškino AOX1 kaip esminį veikėją šildymo fazėse — tiek pagal laiką, tiek pagal lokalizaciją kūgių audiniuose. Taip pat buvo atlikti eksperimentai, kur termovizoriais simuliuojant šiluminį lauką ir tuo pačiu slopinant cheminius kvapus, tyrėjai galėjo izoliuoti terminį spinduliavimą kaip kritinį pritraukiklį.
Elgesio tyrimai buvo atliekami kontroliuojamomis sąlygomis: kiti signalai (scent, vizualiniai kontrastai) buvo neutralizuojami arba uždengiami, o TRPA1 kanalas vabalams buvo selektyviai slopinamas genų inaktyvavimo ar farmakologinių priemonių pagalba. Vabalų judėjimo trajektorijos seko terminį bangavimą nuo patinų kūgių iki moteriškų kūgių, o žiedadulkių pernešimas pasirodė tiesioginės to judėjimo pasekmė. Šie eksperimentai suteikia patikimą priežastinį ryšį tarp termogenezės ir reprodukcinio sėkmės cikaduose.
Implications for evolution, ecology and conservation
Šie rezultatai perrašinėja dalį istorijos apie tai, kaip augalai ir vabzdžiai pirmąkart susiejo savo gyvenimus. Infraraudonasis signalas suteikia vieną, intensyvumo pagrindu veikiančią informacijos kanalą — jis yra mažiau sudėtingas nei spalva, bet atsparus prastam apšvietimui ar naktinėms sąlygoms. Tokia strategija galėjo būti veiksminga ankstyvuoju laikotarpiu, kai vabzdžių rega buvo paprastesnė ir dar nebuvo išplitusi spalvinė komunikacija, susijusi su pločio angiospermų įvairove ir vabzdžių spalvotumo percepcijos evoliucija kreidos periodo pabaigoje.
Šiandien pasaulyje aptinkama apie 300 cikadų rūšių, iš kurių daug yra pavojingos ar nykstančios. Angiospermų (žydinčių augalų) iškilimas maždaug prieš 112–93 milijonus metų pristatė gerokai išplėtotą vizualinių ir olfaktorinių signalų paletę, kuri skatino apdulkinėtojus su spalvine rega ir sudėtingesniais kvapų apdorojimo mechanizmais. Dėl to terminis signalas galėjo tapti evoliuciniu akligatviu daugeliui cikadų — labai specializuotu ir efektyviu tam tikruose ekologiniuose nišuose, bet mažiau konkurencingu platesniame kontekste, kur dominuoja žydintys augalai ir spalvų signalizacija.
Be evoliucinio konteksto, atradimas kelia praktinių apsaugos klausimų. Specializuotos apdulkinimo sistemos yra trapios: vienos vabalų rūšies išnykimas arba kasdienių terminio ciklo sutrikimas dėl klimato kaitos gali smarkiai pakenkti cikadų reprodukcijai. Spėjama, jog temperatūros svyravimai, netgi kelių laipsnių pokyčiai per parą, gali prarūšiuoti sinchroniškumą tarp kūgių šildymo ir vabalų veiklos laikų, mažindami žiedadulkių efektyvumą.
Praktinės apsaugos rekomendacijos apima naktinių mikrohabitatų išsaugojimą, vabalų partnerių populiacijų stebėseną bei buveinių atkūrimą. Svarbu apsaugoti ne tik pačius cikadus, bet ir jų insektinius partnerius bei biotopų mikroklimatą — tai gali apimti šešėliavimą, drėgmės palaikymą ir buveinių fragmentų tarpusavio ryšio išsaugojimą. Tokie kompleksiniai valdymo sprendimai reikalauja integruotų metodų, apimančių ekologinę monitoringą, klimato prognozes ir genetinę įvairovę, kad būtų užtikrinta šių „gyvų fosilijų“ išlikimo galimybė ilgalaikėje perspektyvoje.
Expert Insight
„Šis tyrimas plečia mūsų supratimą apie augalų ir gyvūnų komunikaciją,“ sako dr. Laura Mendel, augalų ekofiziologė, nepriklausanti tyrimui. „Parodę tiesioginį genetinį ir sensorinį kelią — AOX1 augaluose ir TRPA1 vabzdžiuose — mokslininkai pateikia aiškų mechanizmą, kaip terminiai signalai gali struktūruoti apdulkinimą. Tai taip pat parodo, kiek daug dar turime atrasti apie nevizualinius signalus ekologinėse tinkluose.“
Ekspertės komentaras pabrėžia ne tik mechanistinius atradimo aspektus, bet ir platesnį reikšmingumą: supratimas, kaip genai, fiziologija ir elgsena dera tarpusavyje, leidžia geriau prognozuoti, kuriems augalų–vabzdžių tinklams gresia sutrikimas esant klimato pokyčiams ar biotopų degradacijai. Be to, toks mechanistinis įrodymas stiprina mokslinių priemonių arsenalą, kurį galima panaudoti stebint ir valdyti nykstančias rūšis.
Conclusion
Atraskta, kad cikadai naudoja cirkadinio ritmo tvarkančią šilumą specialistiniams vabalams pritraukti — tai sujungia paleobotaniką, molekulinę biologiją ir jutiminę ekologiją. Šis atradimas rodo, kad infraraudonasis signalas buvo gyvybingas apdulkinimo strategijos variantas dar prieš žiedlapių ir pigmentų dominavimą floros pasaulyje. Jis taip pat pabrėžia tokių tarpusavyje priklausomų sistemų pažeidžiamumą sparčiai besikeičiančioje aplinkoje: klimato kaita, buveinių praradimas ar specifinių vabzdžių rūšių išnykimas gali sugriauti ilgalaikius evoliucinius ryšius, kurių pagrindas — termogenezė ir sensorinė adaptacija.
Išsaugant šias ekosistemas, būtinas holistinis požiūris: moksliniai tyrimai, apsauga ir visuomenės informavimas turi veikti kartu. Ateities tyrimai galėtų ištirti, kaip plačiai termogenezė naudojama kitose primityviosiose augalų linijose, kaip klimato modeliai paveiks terminę sinchronizaciją ir kokios apsaugos priemonės yra efektyviausios, siekiant išlaikyti šias unikalias augalų–vabzdžių sąveikas. Tai atveria naujas pažinimo ir apsaugos kryptis, kurios padės išlaikyti biologinę įvairovę ir evoliucinius procesus ateities kartoms.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą