古早的植物想召喚授粉昆蟲,得先準備一座「暖爐」

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圖片作者:NotebookLM

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植物如何召喚昆蟲來幫他們完成「終身大事」?這個問題,我想隨便問一個人,幾乎不需要多想,就會回答:

開出漂漂亮亮、有香氣的花。


聽起來頗合理?我們走進任何一座花園,可以看到各式各樣的花,紅的、黃的、藍的,搭配條紋、斑點與紫外線圖案,這套系統對蜜蜂、蝴蝶來說非常有效。所以說植物利用花來召喚昆蟲,的確聽起來很有道理。


但是...對於那些沒有花的植物,要怎麼召喚授粉的昆蟲呢?


首先,要來幫大家科普一下:並不是所有植物都靠顏色,有些靠「發熱」(thermogenesis)。


某些植物的生殖構造,可以在短時間內把溫度提高到比環境高十幾度,甚至超過 30°C。這樣的植物,當然就會被稱為發熱植物(thermogenic plants)


受過生物化學折磨的讀者,一定知道大名鼎鼎的臭菘(Symplocarpus foetidus)。臭菘的熱,甚至可以融化冰雪,讓它的花在雪地上得以盛開。


可能是受到這些發熱被子植物的影響,過去對「為什麼植物要發熱」的解釋,多半停留在三種可能:


1. 提高氣味揮發效率(如臭菘可以靠著發熱+臭味,吸引蒼蠅前來傳粉)

2. 為昆蟲提供溫暖的停留空間(有些會發熱的被子植物,昆蟲甚至乾脆住在裡面)

3. 只是高呼吸作用的副產品(這...大概就是不知道怎麼解釋吧?)


但這些解釋,都忽略了一件事:有超過一半的發熱植物是蘇鐵類植物,而蘇鐵是裸子植物,不像某些會發熱的被子植物(如臭菘)能提供明顯溫暖的封閉腔室,蘇鐵的結構相對開放,熱量容易散失,因此熱作為『訊號』的角色可能比作為『獎勵』更重要。


考慮到這些事實,科學家們就問了一個關鍵問題:


植物會不會「主動利用」這個熱,來召喚昆蟲?


因此,研究團隊選擇了「蘇鐵」(cycads)做為他們的研究材料。除了蘇鐵是發熱植物的「大宗」以外,想要研究發熱植物與昆蟲的互動,蘇鐵可能是訊號最清楚、雜訊最少的材料。


怎麼說呢?首先,蘇鐵是裸子植物,不是被子植物,因此它沒有花、也沒有花瓣,當然也沒有蜜腺囉。


這讓研究者可以理直氣壯地排除一整套干擾因素。


其次,蘇鐵的傳粉者是甲蟲,不是蜜蜂或蝴蝶;甲蟲多半是夜行或昏暗環境活動、通常只有雙色視覺,但對溫度與氣味很敏感。


雖然蘇鐵在釋放花粉時也會散發強烈的氣味來吸引甲蟲,但為了證明「熱」是一個可以獨立運作的因子,研究團隊設計了一個巧妙的實驗來排除氣味的干擾。


他們在 3D 列印的假毬果表面塗上無味黏膠...這個設計非常關鍵,因為模型本身沒有氣味,如果甲蟲還是飛撲過來,那就證明了吸引牠們的不是味道,而是熱!


結果他們發現:甲蟲明顯偏好會發熱的模型,即使什麼氣味都沒有也無所謂。


但是,發熱的東西常常也會釋放出紅外線;會不會其實是紅外線呢?為了回答這個問題,他們把加熱的 3D 模型放進「籠子」裡,「籠子」是由對紅外線近乎全透明、但可阻擋空氣流動的薄膜(聚乙烯)構成。薄膜與模型之間留一點距離(約 1 公分),避免接觸。


結果他們發現:即使只剩紅外線,甲蟲仍然趨之若鶩。


那麼,甲蟲到底是怎麼感知到紅外線與熱呢?


進一步的研究發現,原來在甲蟲觸角末端有專門感熱的陷入式感覺毛(coeloconic sensilla),上面有一種叫 TRPA1(B) 的離子通道,幫助甲蟲來感知溫度。阻斷這個通道後,甲蟲就不再對熱有反應。更酷的是,研究團隊發現:不同甲蟲的 TRPA1(B),活化溫度範圍正好對應其宿主植物的發熱溫度。


也就是說,植物發出的熱,並不是副產品,而是一個「被接收、被解讀」的訊號。


把這些實驗結果放回演化時間軸,我們可以看到:


早期的植物要依靠夜行甲蟲來擔任傳粉,這些甲蟲們的色覺有限,但能感知熱。於是早期的植物就演化出了「主動發熱」的方法...


也就是說,那時候的植物提供的不是「視覺廣告」,而是一座座的「暖爐」。(蘇鐵:這裡有火,來烤火吧!)

圖片作者:ChatGPT

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而多采多姿的花的出現是直到蜜蜂、蝴蝶等日行、色覺發達的昆蟲興起,植物才開始大量投資在花色、花瓣與圖案上。


總而言之,這個研究告訴大家:在世界上還沒有花的時候,植物早已用熱來和昆蟲說話。


那是一種更古老、也更貼近代謝本質的語言。


參考文獻:

Wendy A. Valencia-Montoya et al. ,Infrared radiation is an ancient pollination signal. Science 390,1164-1170(2025). DOI:10.1126/science.adz1728


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