Science：植物的热信号是一种古老的传粉信号

早在花朵以绚丽的色彩和甜美的香气吸引传粉昆虫之前，远古植物就利用另一种特征来吸引昆虫：热量。这项研究基于对现代苏铁植物及其传粉的稀有甲虫物种的生物学特性和相互关系的分析，为我们理解早期动植物协同进化的形成机制提供了新的视角。植物进化出了一系列吸引传粉昆虫的策略，不仅包括色彩和香气，还包括产热。产热植物通过强烈的细胞呼吸作用产生热量。人们认为，在某些情况下，这种热量（通过红外辐射）可能直接向传粉昆虫发出信号。然而，植物产热的生态和功能作用仍有待探究。苏铁是现存最古老的动物传粉种子植物，占所有产热植物物种的一半以上，它们依赖于特定的甲虫传粉昆虫。化石证据表明，苏铁与甲虫的相互作用至少可以追溯到2亿年前，这使其成为研究热红外辐射是否作为传粉昆虫的感官信号以及探索早期植物-传粉昆虫演化的理想模型。温迪·瓦伦西亚-蒙托亚及其同事运用一系列方法，结合了来自美洲各地的实地观察、分子生物学、电生理学、蛋白质结构研究和受控行为实验，以了解苏铁的产热作用及其与甲虫传粉昆虫的关系。瓦伦西亚-蒙托亚等人发现，线粒体适应和昼夜节律基因驱动植物生殖结构中的节律性产热，导致苏铁在下午开始、傍晚达到峰值，每天释放一次热量。这种红外辐射本身就足以吸引甲虫传粉昆虫。作者还发现，传粉甲虫的触角中存在特化的红外感应器官，其中包含极其敏感的温度感受器，其结构变异在不同物种间与它们所传粉植物的特定热输出相对应。这表明植物产热和甲虫感觉系统之间存在协同进化。进化比较进一步表明，红外信号早于广泛存在的基于颜色的传粉信号的出现。贝弗利·格洛弗和亚历克斯·韦伯在一篇相关的观点文章中写道：“红外线在夜间最容易被探测到，这在很大程度上限制了苏铁的传粉方式，使其只能依靠夜间飞行的甲虫。”他们还写道：“或许正是由于进化出一种只能被夜行性昆虫携带的单一感受器探测到的信号，昆虫传粉的苏铁限制了它们的物种形成机会——苏铁和甲虫之间的‘月光之舞’可能注定了苏铁的进化辐射范围有限。”播客：Science 每周播客中与这项研究相关的部分内容将在 Science.org 播客主页 [http://www.science.禁令解除后，您可以在[org/podcasts]上找到这些音频片段。记者可以自由地将这些片段用于广播用途和/或引用，但需注明出处（例如，引用“Science podcast”）。请注意，请勿将文件本身发布到任何其他网站。

　　

早在花朵以绚丽的色彩和甜美的香气吸引传粉昆虫之前，远古植物就利用另一种特征来吸引昆虫：热量。这项研究基于对现代苏铁植物及其传粉的稀有甲虫物种的生物学特性和相互关系的分析，为我们理解早期动植物协同进化的形成机制提供了新的视角。

植物进化出了一系列吸引传粉昆虫的策略，不仅包括色彩和香气，还包括产热。产热植物通过强烈的细胞呼吸作用产生热量。人们认为，在某些情况下，这种热量（通过红外辐射）可能直接向传粉昆虫发出信号。然而，植物产热的生态和功能作用仍有待探究。苏铁是现存最古老的动物传粉种子植物，占所有产热植物物种的一半以上，它们依赖于特定的甲虫传粉昆虫。化石证据表明，苏铁与甲虫的相互作用至少可以追溯到 2 亿年前，这使得它们成为研究热红外辐射的产生是否能作为传粉者的感觉信号以及探索早期植物-传粉者演化的理想系统。 

Wendy Valencia-Montoya及其同事运用一系列方法，结合美洲各地的实地观察、分子生物学、电生理学、蛋白质结构研究以及受控行为实验，来了解苏铁的产热作用及其与甲虫传粉昆虫的关系。

研究人员发现，线粒体适应和昼夜节律基因驱动植物生殖结构节律性产热，导致苏铁在午后开始，傍晚达到峰值，每天进行一次短暂的产热爆发。这种红外辐射本身就足以吸引甲虫传粉昆虫。作者还发现，传粉甲虫的触角中存在特殊的红外感应器官，其中包含高度敏感的温度感受器，其结构变异与它们所传粉植物的特定产热相对应。这表明植物产热作用与甲虫感觉系统之间存在协同进化。

进化比较进一步表明，红外信号传导早于广泛存在的颜色传粉信号的出现。

 “红外线在夜间最容易被探测到，这在很大程度上限制了苏铁的授粉方式，只能依靠夜间飞行的甲虫，”贝弗利·格洛弗和亚历克斯·韦伯在一篇相关的观点文章中写道。“或许正是由于进化出一种只能被夜行性昆虫携带的单一受体探测到的信号，这些依靠昆虫授粉的苏铁限制了它们的物种形成机会——苏铁和甲虫之间的‘月光之舞’可能注定了苏铁的进化辐射范围有限。”