قبل وجود الزهور، كانت نباتات السيكاد القديمة تجذب الحشرات بالحرارة

قبل وجود الزهور، كانت هذه النباتات تجذب الحشرات بالحرارة

بقلم كودي كوتييه حرره سارة لوين فريزر

قد تبدو كلمتا “التلقيح” و”زهرة” غير منفصلتين، لكن النباتات بدأت في مغازلة الحشرات بملايين السنين قبل أن تطور بتلات براقة. الآن نحن نعرف كيف فعلوا ذلك: ليس بالألوان المبهرة ولكن بالحرارة المشعة.

دراسة نشرت اليوم في علوم يكشف أن السيكاسيات، وهي نباتات استوائية تشبه النخيل، تجتذب الخنافس باستخدام الأشعة تحت الحمراء الناتجة عن بنيتها الإنجابية المخروطية. وبالنظر إلى أن السيكاسيات هي أقدم مجموعة نباتية يتم تلقيحها بالحيوانات في العالم، يقول المؤلف المشارك نيكولاس بيلونو، عالم الأحياء الجزيئية بجامعة هارفارد، إن النتائج توفر نافذة على “أقدم أشكال التلقيح” – وهو نموذج أولي لما يعتبر اليوم أحد أكثر التفاعلات البيئية التحويلية على الأرض.

تعتبر السيكاسيات مولدة للحرارة، مما يعني أنها تولد حرارة خطيرة – تصل بعض الأنواع إلى 15 درجة مئوية (27 درجة فهرنهايت) فوق درجة الحرارة المحيطة. تتساءل المؤلفة الرئيسية ويندي فالنسيا مونتويا، الحاصلة على درجة الدكتوراه، عن سبب إنفاقهم كل هذه الطاقة. ابتكرت طالبة في مختبر بيلونو تجربة: قامت بتلطيخ مخاريط السيكاد بصبغة الفلورسنت فوق البنفسجية بحيث تصبح الخنافس القادمة مغلفة بها وتترك آثارًا مرئية على المخروط التالي الذي تلمسه. وفي البحث الجديد، وجدت هي وزملاؤها أن الخنافس تفضل زيارة المناطق الأكثر دفئًا في المخاريط.

حول دعم الصحافة العلمية

إذا كنت تستمتع بهذا المقال، ففكر في دعم صحافتنا الحائزة على جوائز من خلال الاشتراك. من خلال شراء اشتراك، فإنك تساعد على ضمان مستقبل القصص المؤثرة حول الاكتشافات والأفكار التي تشكل عالمنا اليوم.

وقد أنشأ الباحثون وظائف أخرى للتوليد الحراري للسيكا: فالحرارة تزيد من الرطوبة وتشتت الرائحة، وكلاهما إشارات مهمة للتلقيح، كما أنها تخلق مأوى مريحًا للخنافس للتزاوج والتكاثر. لكن هذا العمل يشير إلى أن ضوء الأشعة تحت الحمراء في حد ذاته بمثابة إشارة مباشرة. في الواقع، عندما قام الباحثون بتسخين مخاريط السيكاد المطبوعة ثلاثية الأبعاد وتغطيتها بغشاء بلاستيكي لمنع توصيل الحرارة عن طريق اللمس، مما يجعل الأشعة تحت الحمراء هي الإشارة الحرارية الوحيدة الممكنة، ظلت الخنافس منجذبة إليها فوق المخاريط غير المسخنة.

لمعرفة كيفية التقاط الخنافس لما تضعه السيكاسيات، قام الفريق بتحليل أعضاء حواس الحشرات بحثًا عن هياكل حساسة للحرارة، ووجدوا أن أطراف الهوائيات كانت محملة بـ TRPA1، وهي قناة أيونية منشطة بالحرارة تساعد أيضًا الثعابين والبعوض على إدراك الأشعة تحت الحمراء. بالنسبة لكلا النوعين من الخنافس التي تم اختبارها في الدراسة، تم ضبط تنشيط TRPA1 بدقة على نطاق درجة حرارة النبات المضيف الخاص بهما. من المحتمل أن الرائحة، التي تنتقل لمسافة أبعد، توجه الخنافس إلى الحي الصحيح، ولكن يبدو أن الأشعة تحت الحمراء هي المنارة الأخيرة التي ترشدهم.

وترتبط هذه النتائج أيضًا باللغز التطوري طويل الأمد الذي أشار إليه تشارلز داروين على أنه “لغز بغيض”: كيف انفجرت النباتات المزهرة، المعروفة باسم كاسيات البذور، بسرعة إلى حوالي 350 ألف نوع في حين أن السيكاديات وغيرها من عاريات البذور بالكاد يبلغ عددها الآلاف؟ ربما يشير مؤلفو التعليق المصاحب إلى أن الاعتماد على الأشعة تحت الحمراء ربما يكون قد حد من عدد الحشرات التي يمكن للسيكادس ​​أن تبني علاقات متخصصة معها. في حين أن النباتات المزهرة يمكنها تعديل اللون والتشبع والنمط، مما ينتج عنه مجموعات لا حصر لها تقريبًا لاستهداف الملقحات المختلفة، فإن السيكاسيات يمكنها فقط ضبط شدة الحرارة.

تصف إيرين تيري، عالمة الأحياء النباتية التي تدرس التلقيح السيكادي في جامعة يوتا، والتي لم تشارك في هذه الدراسة، بأنها “واحدة من أفضل، إن لم تكن أفضل، الأبحاث المتعلقة بالسيكاد التي قرأتها على الإطلاق”. فيما يتعلق بالتاريخ التطوري، تشير إلى أنه من الممكن أن تحتوي السيكاديات أيضًا على مركبات متنوعة منتجة للرائحة لتنويع وإقامة علاقات مع ملقحات معينة مثل الزهور. ويتفق بيفرلي جلوفر، عالم الأحياء النباتية بجامعة كامبريدج، وهو مؤلف مشارك في مقال التعليق، مع هذا الرأي، لكنه يضيف أن كاسيات البذور تتمتع بأفضل ما في العالمين – الرائحة واللون. وتقول: “ربما تكون الفرص المتعددة للتنويع أفضل من فرصة واحدة”.

إن الاعتماد على درجة الحرارة التي يمكن اكتشافها يشير أيضًا إلى سؤال الحفاظ على البيئة: هل يمكن للاحتباس الحراري أن يجعل من الصعب على الخنافس التمييز بين حرارة مضيفيها؟ تعد السيكاديات بالفعل أكثر أصناف النباتات المهددة بالانقراض، ويقول عالم البيئة السلوكية شون راندز من جامعة بريستول في إنجلترا، والذي لم يشارك في هذه الدراسة، إن احتمال انقطاع الاتصال يزيد من قائمة التهديدات. ويقول: “إن أي معلومات تأخذها، ستجعل عملية التلقيح أكثر صعوبة”.

حان الوقت للدفاع عن العلم

إذا استمتعت بهذا المقال، أود أن أطلب دعمكم. العلمية الأمريكية لقد عمل كمدافع عن العلوم والصناعة لمدة 180 عامًا، وربما تكون اللحظة الحالية هي اللحظة الأكثر أهمية في تاريخ القرنين.

لقد كنت العلمية الأمريكية مشترك منذ أن كان عمري 12 عامًا، وقد ساعد ذلك في تشكيل الطريقة التي أنظر بها إلى العالم. SciAm يثقفني ويسعدني دائمًا، ويلهمني شعورًا بالرهبة تجاه عالمنا الواسع والجميل. وآمل أن يفعل ذلك بالنسبة لك أيضا.

إذا كنت الاشتراك في العلمية الأمريكيةأنت تساعد في ضمان أن تغطيتنا تركز على البحث والاكتشاف الهادف؛ وأن لدينا الموارد اللازمة للإبلاغ عن القرارات التي تهدد المختبرات في جميع أنحاء الولايات المتحدة؛ وأننا ندعم العلماء الناشئين والعاملين على حد سواء في وقت لا يتم فيه الاعتراف بقيمة العلم نفسه في كثير من الأحيان.

وفي المقابل، تحصل على الأخبار الأساسية، ملفات بودكاست آسرة، ورسوم بيانية رائعة، لا يمكنك تفويت النشرات الإخبارية ومقاطع الفيديو التي يجب مشاهدتها، ألعاب التحدي، وأفضل الكتابة والتقارير في عالم العلوم. يمكنك حتى إهداء شخص ما اشتراكًا.

لم يكن هناك وقت أكثر أهمية بالنسبة لنا للوقوف وإظهار أهمية العلم. آمل أن تدعمونا في تلك المهمة.