Bitkilerin cinsel yaşamıyla ilgili heyecan verici bir hikayeye hazır olun.

Harvard araştırmacıları, tohumlu bitkilerin kadim bir soyu olan sikadların, tozlayıcı böcekleri çekmek için üreme organlarını ısıttığını ve bu böceklerin de özel kızılötesi sensörler geliştirdiğini keşfetti. Önce erkek sikadlar polen kozalaklarını ısıtarak böcekleri cezbediyor, ardından dişi bitkiler ısınarak böcekleri kendilerine çekiyor ve böylece tohumları döllemek için gerekli genetik materyali aktarıyorlar.

Perşembe günü Science dergisinin kapak haberinde yayınlanan yeni çalışma , kızılötesi radyasyonun, çiçekli bitkiler arasında daha sonra baskın hale gelen canlı renklerden çok daha eski bir tozlaşma sinyali olduğunu gösteriyor.

Harvard Üniversitesi'nde kıdemli araştırmacı olan ve çalışmanın baş yazarı Wendy Valencia-Montoya (Ph.D. '25), "Bu, bitkilerin ve hayvanların iletişim kurmak için kullandığı ve daha önce hakkında pek bir şey bilmediğimiz yeni bir bilgi boyutunu ekliyor," dedi. "Kokuyu ve rengi biliyorduk, ancak kızılötesi ışınların tozlaşma sinyali olarak işlev görebileceğini bilmiyorduk."

Aslında ısı, hayvanlar ve bitkiler arasındaki en eski iletişim yöntemlerinden biri olabilir ve hatta dinozorlardan bile önceye dayanabilir.

Valencia-Montoya, "Çiçek yaprakları ve parfümlerden çok önce, bitkiler ve böcekler birbirlerini sıcaklığı hissederek buluyorlardı" dedi.

Bu bulgular, bitkiler ve tozlayıcılar arasındaki kadim ittifaka yeni bir ışık tutuyor ve Valencia-Montoya'nın Kolombiya'da lisans öğrencisiyken sikadları incelemeye başlamasından bu yana on yılı aşkın süredir devam eden bilimsel bir arayışın doruk noktası oluyor.

Birçok bitki türünün, metabolizmalarını hızlandırarak tozlaşma kozalaklarını veya çiçeklerini ısıttığı uzun zamandır bilinmektedir.

Valencia-Montoya, "Ama herkes ısının çoğunlukla kokuların buharlaşmasına yardımcı olmak için olduğunu varsayıyordu," dedi ve bitkilerin ısı üretimine bu kadar çok enerji yatırmasını şaşırtıcı buldu.

Harvard'da doktora eğitimine başladıktan sonra Güney Amerika'da sikadlar üzerine araştırmalarına devam etmeyi planlamıştı, ancak pandemi sırasında planlarını değiştirmek zorunda kaldı. Bunun yerine, araştırmalarının çoğunu Florida'daki Montgomery Botanik Merkezi'nde yürüttü.

Çalışması, Moleküler ve Hücresel Biyoloji Profesörü Nicholas Bellono ve Organizma ve Evrimsel Biyoloji Bölümü ile Karşılaştırmalı Zooloji Müzesi'nde Biyoloji Profesörü olan Naomi Pierce (her ikisi de yeni makalenin ortak yazarları) tarafından denetlendi.

Hayvanlar tarafından tozlaştırılan en eski tohumlu bitkiler olarak bilinen sikadlar, bazen "yaşayan fosiller" olarak adlandırılır ve uzun zamandır biyologlar arasında büyük bir ilgi uyandırmıştır. Bitkilerin kalın gövdeleri ve tüy benzeri yapraklardan oluşan taçları vardır ve palmiyelere ve eğrelti otlarına benzerler, ancak ikisiyle de yakın akraba değillerdir.

Sikadlar yaklaşık 275 milyon yıl önce ortaya çıkmış ve Jura döneminde, yaklaşık 150 milyon yıl önce en yüksek çeşitliliklerine ulaşmışlardır. Son 70 milyon yılda baskın grup haline gelen çiçekli bitkilerin yükselişiyle büyük ölçüde yerlerinden edilmişlerdir.

Günümüzde yaklaşık 300 sikad türü kalmıştır ve bunların çoğu nesli tehlike altında olan türler listesinde yer almaktadır.

Sikadlar, üreme kozalaklarıyla ayırt edilen erkek ve dişi bireylere sahip oldukları için dioik bitkiler olarak adlandırılırlar. Erkek kozalaklar polen üretirken, dişi kozalaklar döllenirse tohuma dönüşen yumurtacıklar taşır.

Yeni çalışmada Valencia-Montoya ve meslektaşları, Meksika'ya özgü ve yaygın olarak "karton palmiyesi" olarak adlandırılan 1,2 metre boyundaki bir sikad türü olan Zamia furfuracea'ya odaklandılar. Her sikad gibi, bu bitkinin de kendine özgü bir tozlayıcı böcek türü olan Rhopalotria furfuracea ile özel bir simbiyotik ilişkisi vardır; bu böcek, küçük, uzun burunlu kahverengi bir hortumlu böcektir.

İtme-çekme tozlaşma ilişkisinde, sikadlar erkek kozalaklardaki polenle beslenmeleri için böcekleri çekmek amacıyla ısı, koku ve nem gibi sinyallerin bir kombinasyonunu kullanırlar. Belli bir noktada, bu sinyaller o kadar baskın hale gelir ki, böcekler erkek bitkilerden uzaklaşarak dişi yumurtlama kozalaklarına doğru yönelirler.

Pierce, "Bu, tıpkı bir randevuya çıkarken parfüm sıkan bir adama benziyor," diye açıkladı. "Az miktarda kullanmak hoş olabilir, ancak çok fazla kullanmak itici hale gelir." Böcekler bitkiler arasında göç ederek erkek polenlerini taşır ve dişi bitkilerdeki tohumları döller.

Peki, ısı bu kadim ilişkide nasıl bir rol oynadı?

Valencia-Montoya ve meslektaşları termal görüntüler alarak sikadların ısı üretiminin kozalaklarda yoğunlaştığını keşfettiler. Üreme organlarını taşıyan kısımlar olan sporofiller, yüksek konsantrasyonda enerji üreten mitokondri içeriyordu. Zamia furfuracea, kozalaklarını ortam hava sıcaklığının 46 derece Fahrenheit üzerinde ısıtabiliyordu, ancak diğer sikadlar daha da fazla ısınabiliyordu.

Araştırmacılar 17 sikad türünü inceledi ve hepsinin gün sonunda sirkadiyen bir düzene uyduğunu, erkek kozalakların önce ısınıp sonra soğuduğunu, dişi kozalakların ise üç saat sonra ısındığını keşfetti.

Ardından Valencia-Montoya ve meslektaşları, böcek tozlayıcıların hareketlerini ultraviyole floresan boyalarla işaretleyerek ve açık bir alanda bitkiler arasında hareket ederken gece boyunca gözlemleyerek izlediler.

Böcekler kozalakların en sıcak kısımlarına çekildiler; önce erkekler, sonra dişiler.

Bellono, "Bu, muhtemelen tozlaşmayla ilgili olduğuna dair ilk ve ikna edici kanıtlardan biriydi," dedi. "Erkek ve dişi bitkiler aslında sirkadiyen ritimle kontrol edilen bir şekilde ısınıyordu ve bunun böcek hareketleriyle eş zamanlı olduğunu görebiliyorduk."

Ardından araştırmacılar tozlayıcıları inceledi: Böcekler ısıyı nasıl algılıyordu?

Böceklerde ana duyu organları, anten üzerindeki kıl benzeri yapılar olan sensillalardır. Araştırmacılar, elektron mikroskobu, elektrofizyoloji ve hücrelerde ifade edilen genlerin transkriptleri gibi teknikler kullanarak, böcek anten uçlarında ısı algılayıcı nöronlarla dolu özel ısıya duyarlı organlar bulunduğunu keşfettiler.

Önemli moleküler sensörlerden biri, yılanlar ve sivrisinekler tarafından sıcakkanlı avları algılamak için de kullanılan TRPA1 proteinidir.

Bu organlar, sikad bitkisinin özgül ısıtma sıcaklığına göre kalibre edilmişti. Araştırmacılar başka bir böcek türünü incelediler ve onun da kendi sikad konakçısının özgül ısıtma sıcaklığına göre ince ayarlanmış bir algılama aralığına sahip olduğunu keşfettiler.

Araştırmacılar, ısı üretiminin yaklaşık 275 milyon yıl önce sikadların kökenlerine yakın bir yerde evrimleştiğine ve bilinen en eski tozlaşma sinyallerinden biri olabileceğine inanıyor.

Şimdiye kadar, itme-çekme tozlaşmasının esas olarak koku tarafından yönlendirildiğine inanılıyordu. Yeni çalışma, bu ilişkinin muhtemelen başından beri de sıcak olduğunu öne sürüyor.

Isı üreten bitkiler genellikle eski soylardan gelir (sikadlar bunların yaklaşık yarısını oluşturur). Ancak ısı üretmek metabolik olarak maliyetlidir, bu nedenle muhtemelen diğer tozlaşma sinyalleriyle evrimsel bir denge kurma sürecine dahil olmuştur.

Bitki evriminin genel şemasında, ısının önemi azaldı ve rengin önemi arttı. Sonunda, soluk renkli sikadlar, rengarenk çiçekli bitkilerin patlayıcı yayılımı karşısında rekabet dışı kaldı ve arılar ve kelebekler gibi tozlayıcıları daha keskin görsel duyular geliştirdi.

Kızılötesi sinyalin bu kadar uzun süre fark edilmemesi muhtemelen kendi duyusal önyargılarımızı yansıtıyor.

Valencia-Montoya, "Çok hızlı bir şekilde algılanan tüm duyusal ipuçları, kendimizin de algılayabildiği ipuçlarıdır," dedi. "Ancak gizli olanlar da en az onlar kadar önemlidir."

Bu araştırma kısmen Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından finanse edilmiştir.