1

پیش از آن‌که گل‌ها با رنگ‌های درخشان یا رایحه‌های شیرین خود بدرخشند، گیاهان باستانی از یک ابزار متفاوت برای برقراری ارتباط با گرده‌افشان‌ها استفاده می‌کردند. این ابزار نه رنگ بود، نه بو؛ بلکه گرما بود. پژوهشی جدید پرده از این رمز دیرینه برمی‌دارد و نشان می‌دهد برخی از قدیمی‌ترین گیاهان زمین، مانند سیکاس‌ها، از حرارت به‌عنوان یک سیگنال مستقیم برای هدایت حشرات استفاده می‌کردند.

در این سازوکار، مخروط نر ابتدا گرم شده و سوسک‌های همکار خود را جذب می‌کند. چند ساعت بعد، مخروط ماده گرم می‌شود و همین اختلاف حرارتی مسیر انتقال گرده را کامل می‌کند. این نخستین شواهدی است که نشان می‌دهد تابش مادون‌قرمز می‌تواند نقش یک نشانه گرده‌افشانی را ایفا کند؛ نشانه‌ای که بسیار پیش‌تر از پیدایش گلبرگ‌ها، رایحه‌ها و حتی گیاهان گلدار شکل گرفته است.

«این یک بعد جدید از ارتباط میان گیاهان و جانوران است که پیش از این ناشناخته بود.» — وندی والنسیا-مونتویا، دانشگاه هاروارد

اتحاد دیرینه میان سیکاس‌ها و سوسک‌ها

سیکاس‌ها که گاهی «فسیل زنده» نامیده می‌شوند، گیاهانی هستند با تنه‌های کوتاه و ظاهری شبیه نخل که قدمت آن‌ها به حدود ۲۷۵ میلیون سال پیش بازمی‌گردد. هرچند امروزه تنها ۳۰۰ گونه از آن‌ها باقی مانده، اما تقریباً تمامی آن‌ها برای گرده‌افشانی به گونه‌ای خاص از یک سوسک تکیه دارند.

تمرکز این پژوهش بر گونه Zamia furfuracea (معروف به نخل مقوایی) و سوسک گرده‌افشان آن Rhopalotria furfuracea بود، جایی که یک سیستم «فشار-کشش» برقرار است. ابتدا مخروط‌های نر گرم می‌شوند، سوسک‌ها را برای تغذیه از گرده جذب می‌کنند، سپس با افزایش بیش از حد سیگنال، سوسک‌ها دور شده و به‌سوی مخروط ماده که تازه گرم شدن را آغاز کرده حرکت می‌کنند.

ریتم حرارتی؛ وقتی طبیعت ساعت خود را می‌سازد

تصویربرداری حرارتی نشان داد که منبع گرما نه برگ‌ها، بلکه خود مخروط‌ها هستند. این مخروط‌ها با داشتن ساختارهای غنی از میتوکندری، گاهی تا ۲۵ درجه سانتی‌گراد بالاتر از دمای محیط گرم می‌شوند.

• در ۱۷ گونه بررسی‌شده، مشاهده شد که مخروط‌های نر در ساعات پایانی روز گرما تولید کرده و سپس خنک می‌شوند.
• حدود سه ساعت بعد، مخروط‌های ماده وارد فاز گرمایش می‌شوند.

این اختلاف زمانی دقیقاً با الگوی حرکت سوسک‌ها همزمان است. نشانه‌ای که نشان می‌دهد این چرخه حرارتی کاملاً حساب‌شده و هماهنگ با رفتار حشرات طراحی شده است.

سوسک‌ها چگونه گرما را حس می‌کنند؟

آنتن‌های سوسک‌ها مملو از حسگرهای ریز به نام سنسلا هستند. بررسی دقیق با میکروسکوپ الکترونی، آزمایش‌های فیزیولوژیکی و تحلیل ژنی نشان داد که سوسک‌ها دارای ساختارهای ویژه تشخیص حرارت در نوک آنتن خود هستند.

پروتئین TRPA1 — که در مارها و پشه‌ها نیز برای یافتن شکار گرم‌خون استفاده می‌شود — نقش کلیدی دارد. مهم‌تر اینکه حساسیت حرارتی هر سوسک، دقیقاً با دمای رایج مخروط گیاه میزبان خود تنظیم شده است. این موضوع نشانه‌ای قوی از هم‌تکاملی (coevolution) میان سیکاس‌ها و سوسک‌های گرده‌افشان است.

وقتی گرما زبان گیاه می‌شود

پژوهشگران سال‌ها تصور می‌کردند گرمایش گل‌ها یا مخروط‌ها تنها برای تبخیر بهتر مولکول‌های معطر است، اما داده‌های جدید نشان می‌دهد خود گرما یک سیگنال مستقل و مستقیم است. این سیگنال به‌ویژه در فاصله‌های نزدیک، قدرتمندتر از بو عمل می‌کند؛ جایی که معمولاً شدت رایحه ثابت می‌شود.

«مثل وقتی که فرد برای قرار ملاقات کمی عطر می‌زند — مقدار کم جذاب است، اما زیادی آن می‌تواند نتیجه برعکس بدهد.» — نائومی پیرس

در سیکاس‌ها همین اتفاق رخ می‌دهد: زمانی که سیگنال حرارتی مخروط نر بیش از حد می‌شود، سوسک‌ها به‌طور طبیعی به سوی مخروط ماده گرایش پیدا می‌کنند.

پیش‌درآمدی بر تکامل رنگ در گیاهان

سیگنال‌دهی مادون‌قرمز احتمالاً یکی از قدیمی‌ترین روش‌های ارتباطی میان گیاهان باستانی و گرده‌افشان‌ها بوده است. با گذشت میلیون‌ها سال، گیاهان گلدار تکامل یافتند و دنیا را با رنگ‌ها و بوهای متنوع پر کردند. در مقابل، بسیاری از سوسک‌ها توانایی محدودی در تشخیص رنگ دارند. به همین دلیل سیکاس‌ها ظاهر ساده، سبز و قهوه‌ای خود را حفظ کردند و همچنان به گرما تکیه می‌کنند.

این کشف همچنین یادآور یک نکته مهم است: انسان‌ها تنها بخشی از جهان را حس می‌کنند. آنچه برای ما نامرئی است، می‌تواند برای موجودات دیگر راهی حیاتی برای برقراری ارتباط باشد.

سفری طولانی که مسیرش تغییر کرد

والنسیا-مونتویا مطالعه سیکاس‌ها را از دوره کارشناسی در کلمبیا آغاز کرد. قرار بود برای ادامه تحقیقات دکتری نیز به آمریکای جنوبی سفر کند، اما همه‌گیری کرونا او را مجبور کرد مسیر پژوهش را به باغ گیاه‌شناسی مونتگمری در فلوریدا منتقل کند.

تیم تحقیقاتی او مجموعه‌ای از ابزارهای دقیق شامل:

• تصویربرداری حرارتی برای ثبت جهش‌های دمایی،
• آزمایش‌های بیوشیمیایی برای ارتباط گرما و متابولیسم گیاه،
• ردیابی سوسک‌ها برای تطبیق رفتار با دمای مخروط،
• و ابزارهای ژنتیکی برای آشکارسازی گیرنده‌های حرارتی

را ترکیب کرد و به درکی تازه از این اتحاد باستانی دست یافت: گیاهانی که با گرما پیام می‌فرستند و حشراتی که برای پاسخ به این پیام تکامل یافته‌اند. این پژوهش یادآور آن است که بخشی از نخستین روابط «عاشقانه» میان گیاهان و گرده‌افشان‌ها، در طیف نامرئی مادون‌قرمز نوشته شده است.

این مطالعه در مجله Science منتشر شده است.

جمع‌بندی؛ گرمای گیاهان باستانی و راز ارتباط پنهان در طبیعت

تحلیل‌ها نشان می‌دهد بسیاری از گیاهان باستانی مانند سیکاس‌ها، پیش از تکامل گل‌ها، از گرما به‌عنوان زبان اصلی برای جذب حشرات استفاده می‌کردند. این کشف نه‌تنها درک ما از مسیر تکامل گرده‌افشانی را گسترش می‌دهد، بلکه نشان می‌دهد طبیعت فراتر از آنچه انسان می‌بیند یا می‌بوید، در حال ارتباط است.

اگر این دنیای پنهان در طبیعت برایتان جذاب است، نظرتان را درباره نقش گرما در ارتباط گیاهان باستانی بنویسید و این مقاله را با دوستان علاقه‌مندتان به اشتراک بگذارید.