我們通常認(rèn)為，植物主要依靠顏色和氣味來吸引傳粉者。但事實(shí)上，一些植物還會(huì)產(chǎn)生熱量。一直以來，科學(xué)家并不清楚熱量在傳粉中的作用。

在一項(xiàng)新發(fā)表于《科學(xué)》雜志的研究中，一個(gè)生物學(xué)家團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，植物產(chǎn)生的熱紅外輻射本身就是一種傳粉信號。他們通過實(shí)驗(yàn)表明，古老的蘇鐵類植物曾利用紅外輻射來吸引甲蟲傳粉者。

蘇鐵。（圖/Wikipedia）

這一結(jié)果揭示了一個(gè)可能是迄今所描述的最古老的植物與動(dòng)物交流形式，并揭示了熱量產(chǎn)生與紅外感知背后的機(jī)制。

隱藏的熱信號

這一發(fā)現(xiàn)可以追溯到多年前的亞馬孫雨林。當(dāng)時(shí)，這項(xiàng)研究的第一作者Wendy Valencia-Montoya與世界自然基金會(huì)合作，研究瀕危植物和甲蟲。

她發(fā)現(xiàn)，這些甲蟲似乎總能找到正確的植物——即使那里沒有花朵、沒有顏色、也沒有明顯的氣味。這讓她非常好奇，正是這種好奇心，引導(dǎo)她去研究蘇鐵——地球上現(xiàn)存最古老的種子植物。

兩枚正在釋放花粉的雄性蘇鐵球果的熱成像圖像。（圖/Wendy Valencia-Montoya）

蘇鐵具有類似棕櫚的葉片和巨大的球果，最早出現(xiàn)于2.5億多年前，遠(yuǎn)早于開花植物的興起。在野外工作中，Valencia-Montoya及其合作者連續(xù)數(shù)天測量了蘇鐵球果的表面溫度。他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)令人震驚的模式：雄性球果首先升溫，數(shù)小時(shí)后雌性球果隨之升溫，整個(gè)過程遵循著精確的晝夜節(jié)律。當(dāng)球果升溫時(shí)，它們會(huì)釋放出紅外輻射，甲蟲可以在遠(yuǎn)處感知到這種信號。

借助紅外攝像機(jī)，研究人員觀察到，當(dāng)球果“發(fā)熱”時(shí)，大量甲蟲會(huì)聚集而來；而當(dāng)熱量消退后，它們又迅速離開。

甲蟲在蘇鐵的雄性球果上，這些果球在傳粉過程中會(huì)產(chǎn)生熱量的。（圖/Michael Calonje）

實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，這些昆蟲的反應(yīng)并非由氣味或濕度引起，而是單純由溫度驅(qū)動(dòng)。

研究人員還使用 3D 打印的人工球果，將其加熱至與真實(shí)球果相同的溫度變化曲線。結(jié)果表明，即使完全沒有任何化學(xué)線索，也能成功吸引甲蟲。

紅外感知的分子基礎(chǔ)

為了揭示甲蟲是如何感知這些不可見的信號的，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合了顯微成像、分子生物學(xué)和電生理學(xué)方法。他們發(fā)現(xiàn)，甲蟲觸角的末端分布著微小的熱感受器官，其中密集排列著能夠?qū)?xì)微溫度變化作出響應(yīng)的神經(jīng)元。

在分子層面，一種名為TRPA1的蛋白質(zhì)充當(dāng)了“熱開關(guān)”的角色：當(dāng)甲蟲感知到宿主植物的特定溫度范圍時(shí)，這種蛋白質(zhì)便會(huì)被激活。而有趣的是，不同甲蟲的這一“熱感”基因都略有不同，而是被精細(xì)調(diào)校成不同版本。這些不同的版本剛好與它們所要傳粉的植物的產(chǎn)熱模式相匹配。

這一機(jī)制還凸顯了一個(gè)有趣的趨同進(jìn)化案例：這種紅外感知機(jī)制并非甲蟲獨(dú)有，蛇和蚊子同樣利用類似的TRPA1通道，來感知來自獵物或宿主的紅外輻射。但令人驚訝的是，在這次的案例中，紅外感知并不是為了捕食或防御，而是為了合作——植物和甲蟲通過這種方式協(xié)同完成繁殖。

最早的傳粉信號

通過將現(xiàn)代蘇鐵的熱學(xué)數(shù)據(jù)與分子數(shù)據(jù)同化石記錄進(jìn)行比較，研究人員發(fā)現(xiàn)，植物產(chǎn)熱及紅外信號的出現(xiàn)，早于色彩斑斕的花朵進(jìn)化。換言之，早在花朵用絢麗的色彩裝點(diǎn)地球之前，地球上一些最早出現(xiàn)的植物就已經(jīng)在“閃耀”了——并非依靠色素，而是依靠熱量。

隨著蜜蜂、蝴蝶等傳粉者數(shù)量的增加，并進(jìn)化出更復(fù)雜的三色視覺系統(tǒng)，植物逐漸從以熱為基礎(chǔ)的信號，轉(zhuǎn)向以視覺色素為主導(dǎo)——這一轉(zhuǎn)變深刻重塑了全球生態(tài)系統(tǒng)。

研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了一種進(jìn)化上的權(quán)衡關(guān)系：投入大量能量用于產(chǎn)熱的植物，往往不會(huì)擁有鮮艷的顏色，反之亦然。就好像大自然必須在“發(fā)熱”與“著色”之間做出選擇。

#參考來源：

https://www.mcb.harvard.edu/department/news/ancient-plants-used-infrared-radiation-to-attract-their-pollinators/

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adz1728

#圖片來源：

封面圖&首圖：Wendy Valencia-Montoya