گل‌ها را فراموش کنید: این گیاهان کهن با گرم شدن، گرده‌افشانان را جذب می‌کنند

به‌مطابق یک مجموعه جدید از آزمایش‌ها، برخی از نخستین گیاهان با تولید حرارتی که باعث می‌شد این گیاهان با نور مادون‌قرمز بدرخشند، گرده‌افشانان را جذب می‌کردند.

این کار، که در مجله Science منتشر شد، نشان می‌دهد که مدت‌ها پیش از تکامل گل‌های رنگارنگ، این گیاهان کهن وقتی برای انتشار گرده آماده می‌شدند، به‌صورت متابولیکی فعالیت خود را افزایش می‌دادند. حشرات شب‌زی مانند سوسک‌ها می‌توانستند این حرارت را از دور ببینند و به هدف راه یابند.

این گیاهان حرارت‌ساز، که به نام سیکاد شناخته می‌شوند، امروزه در جنگل‌های گرمسیری سراسر جهان وجود دارند، هرچند که یکی از گروه‌های گیاهی به‌مراتب در خطر انقراض است.

سرگذشت عجیب اما واقعی سیب‌زمینی ساده

“برخی افراد این گیاهان را گیاهان دایناسور می‌نامند، چرا که در دوران دایناسورها بسیار شایع‌تر بودند”، می‌گوید وندي والنسیا‑مونتویا، متخصص سیکاد در دانشگاه هاروارد.

فسیل‌های بیش از ۲۰۰ میلیون سال پیش، در مقایسه با سیکادهای امروز، نشان می‌دهند که “گیاهان دقیقاً یکسان به‌نظر می‌رسند”، او می‌گوید. “پس آن‌ها در صدها میلیون سال تغییر چندانی نکرده‌اند”.

این گیاهان به کاج‌ها نزدیک‌اند و هر دو گیاه نر و ماده ساختارهای گوشتی شبیه میوه‌کاج تولید می‌کنند که شامل گرده و دانه‌ها می‌شود. “این یک ویژگی بسیار منحصر به‌فرد در میان این گروه از گیاهان کهن است”، می‌گوید والنسیا‑مونتویا، که می‌گوید این‌ها قدیمی‌ترین گیاهان شناخته‌شده‌ای هستند که گرده دارند.

نمک

به عهدهٔ گیاه‌شناسان بسپارید تا آشپزی را به درس علمی تبدیل کنند

چند قرن پیش، گیاه‌شناسان متوجه شدند که این گیاهان در ساختارهای تولیدمثلی خود حرارت تولید می‌کنند. در مقایسه با دمای هوای محیط، می‌توانند ۱۵ تا ۲۵ درجه فارنهایت گرم‌تر باشند و حتی بیشتر.

“ما معمولاً تولید حرارت را به پستاندارها یا پرندگان نسبت می‌دهیم، اما در واقع گیاهان هم می‌توانند این کار را انجام دهند”، او می‌گوید، اگرچه این پدیده در دنیای گیاهی رایج نیست و انرژی زیادی می‌طلبد.

هوای تازه

دنیای مخفی هوش گیاهی

در این گیاهان، حرارت به‌عنوان محصول جانبی فرآیندهای متابولیکی در نظر گرفته می‌شد. یا شاید این حرارت بوی گیاه را تبخیر می‌کرد، همان‌طور که یک خوشبوکن هوا را در پریز برق وصل می‌کنیم تا با گرما، بو را در فضا پخش کند.

برای درک بهتر این پدیده، والنسیا‑مونتویا و همکارانش برخی سوسک‌های گرده‌افشان را با نشانگرهای فلورسانس رنگ‌زدند تا زمان رفتن سوسک‌ها به گیاه را زیر نظر بگیرند. و دریافتند که سوسک‌ها به وضوح زمانی که مخروط‌ها گرم می‌شوند، به سمت مخروط‌های گیاهی می‌روند.

برای جدا کردن حرارت از سایر سیگنال‌های احتمالی که این گیاهان تولید می‌کنند، مانند بوی و رطوبت، تیم او از چاپ سه‌بعدی برای ساخت برخی مخروط‌های شبیه‌سازی شدهٔ گرده استفاده کرد. این ساختارهای مصنوعی داخلی خالی بوده و با شن گرم پر شدند.

مخروط‌های مصنوعی در ناحیه مادون‌قرمز مانند گیاهان واقعی می‌درخشیدند. “وقتی در میدانی این را دیدیم، بسیار چشمگیر بود”، می‌گوید والنسیا‑مونتویا، که می‌گوید این گیاهان مصنوعی در فضای باز مرکز گیاهشناسی مونتگمیری در کورال گابلز، فلوریدا نصب شدند.

با استفاده از این گیاهان مصنوعی، پژوهشگران چند ترفند را کشف کردند تا ببینند آیا حشرات به درخشندگی مادون‌قرمز جذب می‌شوند یا به حس لامسهٔ حرارت خود. برای مثال، در یک آزمایش، مخروط را با یک لایه پلاستیکی که به نور مادون‌قرمز شفاف است، پوشاندند. حشرات می‌توانستند نور مادون‌قرمز را ببینند اما به اندازهٔ کافی به مخروط نزدیک نشوند تا حرارت را حس کنند.

نحوهٔ تبادل منابع بین گیاهان و قارچ‌ها بدون مغز

آنچه آن‌ها یافتند این است که درخشندگی مادون‌قرمز به‌تنهایی برای جذب صدها سوسک گرده‌افشان کافی بود.

و وقتی به این سوسک‌ها نگاه کردند، متوجه شدند که آن‌ها دارای آنتن‌های تخصصی هستند که به‌طور تکاملی برای تشخیص تفاوت‌های جزئی در دما توسعه یافته‌اند — مشابه گیرنده‌های حسگر حرارت که مارها برای شناسایی طعمه استفاده می‌کنند.

علاوه بر این، به‌نظر می‌رسد آنتن‌های سوسک‌ها دقیقاً با دامنهٔ دمایی که گیاه میزبان تولید می‌کند، هماهنگ شده‌اند، زیرا گونه‌های مختلف سوسک به گونه‌های مختلف سیکاد مراجعه می‌کنند.

“تابش مادون‌قرمز شاید قدیمی‌ترین سیگنال کشف‌شده برای گرده‌افشانی باشد”، می‌گوید نیکلاس بِلونو از دانشگاه هاروارد، یکی از مؤلفان این مطالعهٔ جدید.

در زمانی که گیاهان برای اولین بار گرده تولید کردند، حشراتی که وجود داشتند شب‌زی و بینایی ضعیفی داشتند، می‌گوید والنسیا‑مونتویا. “بنابراین کاملاً منطقی است که سیگنالی مثل حرارت آن‌ها را هدایت می‌کرد”.

اما با ظهور گروه‌های جدیدی که در روز فعال بودند و بینایی بهتری داشتند، مانند پروانه‌ها و زنبورها، “منطقی‌تر است که گیاهان استراتژی سیگنالینگ خود را تغییر دهند تا به سامانه‌های حسی این گرده‌افشانان جدیدتر دسترسی پیدا کنند”، می‌گوید او و افزود که در تکامل، رقصی مداوم بین گیاهان و گرده‌افشانانشان وجود دارد. به‌محض اینکه رنگ به‌عنوان سیگنال ممکن شد، گیاهان گلدار دامنهٔ عظیم ترکیب‌های رنگی در اختیار داشتند که به آن‌ها اجازه تنوع سریع را می‌داد.

این پژوهشگران از “منبعی غنی از تکنیک‌ها” استفاده کردند تا ثابت کنند دمای مخروط‌های حرارت‌ساز سیکاد به‌طور عمیق با جذب گرده‌افشان‌ها مرتبط است و این ارتباط کهن است، می‌گوید راجر سیمور از دانشگاه آدلاید، استرالیا، که عضو تیم تحقیقاتی نبود: “این یک مشارکت مهم است”.

سیمور معتقد است که حرارت می‌تواند بیش از یک نقش داشته باشد و فرصت گرم شدن می‌تواند برای سوسک‌هایی که برای فعالیت به دمای بدن بالا نیاز دارند، یک پاداش اضافی باشد. “حرارت می‌تواند به‌عنوان یک پاداش انرژی مستقیم برای حشرات گرده‌افشان عمل کند که ممکن است مدت زمان بیشتری در یک گل تولیدکننده حرارت بمانند نسبت به حشراتی که به گونه‌های غیر حرارت‌زا مراجعه می‌کنند”، او می‌گوید.

آیرین تری از دانشگاه یوتا، بوم‌شناسی است که در سیکادها و تعاملات حشره‌ای آن‌ها تخصص دارد اما جز تیم تحقیقاتی نبود، می‌گوید که این کشف فقط در زمان نسبتاً اخیر رخ داده است که مردم متوجه شدند این گیاهان کهن حتی گرده‌افشان دارند، نه اینکه تنها گرده‌هایشان را با باد پخش کنند.

بعضی ترکیبات بویایی خاص به‌نظر می‌رسد جذابیت‌های مهمی برای گرده‌افشان‌ها داشته باشند، او می‌گوید و اشاره می‌کند که این گیاهان می‌توانند بویی مشابه آدامس یا فلفل دلمه‌ای داشته باشند. با این حال، این مطالعه نشان می‌دهد “به زیباترین شکل” که مادون‌قرمز نیز نقش کلیدی دارد.

“من به‌هیچ‌وجه تعجب نکردم که مادون‌قرمز دخیل است”، می‌گوید تری، با توجه به این‌که حشرات دیگر مانند پشه‌ها از مادون‌قرمز برای یافتن هدف استفاده می‌کنند. “دامنه‌ای از چیزها وجود دارد که حشرات می‌توانند ببینند و ما قادر به دیدن آن‌ها نیستیم”.

تصور کنید، می‌گوید بِلونو، که یک سوسک پیشاتاریخی است و سعی دارد در محیط تاریک ساعاتی از غروب مسیر خود را پیدا کند، شاهد این هستید که گیاهان مختلف شروع به درخشیدن به رنگ قرمز می‌کنند.

“مادون‌قرمز دنیای کاملاً متفاوتی است که ما تجربه نمی‌کنیم”، او می‌گوید. “فکر می‌کنم این یک نکته جذاب است که به گذشته برگردیم و ببینیم این سیگنال زمانی که دایناسورها حضور داشتند، وجود داشته و بسیار پیش از ما بود. و سوسک‌ها هنوز هم از آن استفاده می‌کنند و همچنان این جهان را تجربه می‌کنند”