Hace alrededor de 200 millones de años, mucho antes de que existieran las flores y cuando los dinosaurios vagaban por la Tierra, algunas de las primeras plantas utilizaban el calor para atraer a sus polinizadores, según un nuevo estudio.
La investigación, publicada en la revista Science, arroja luz sobre la evolución temprana de la polinización, una interacción vital entre plantas y animales que ahora permite la existencia de la mayoría de los ecosistemas en la Tierra.
«Generalmente, cuando pensamos en la polinización, pensamos en abejas y mariposas, flores brillantes, cosas que podemos percibir», explicó Neil Rosser, profesor asistente en el Departamento de Biología de la Universidad de Miami College of Arts and Sciences y uno de los autores del estudio. «Sin embargo, si retrocedemos unos 200 millones de años, no existían flores de colores brillantes ni nada parecido, pero sí plantas con diferentes sexos. Entonces, la pregunta es: ¿Cómo estaban siendo polinizadas?».
El equipo de investigación, liderado por científicos de la Universidad de Harvard e incluyendo a científicos del Montgomery Botanical Center en Coral Gables, Florida, y otras instituciones, descubrió que un grupo antiguo de plantas aún existente, llamado cícadas, utiliza la radiación infrarroja para atraer a los polinizadores. En lugar de flores, las cícadas tienen conos reproductivos masculinos o femeninos que se asemejan a mazorcas de maíz. Estos conos emiten radiación infrarroja que los escarabajos pueden detectar, y al calentar primero los conos masculinos y luego los femeninos, las plantas inducen a los escarabajos a transportar el polen de los conos masculinos a los femeninos.
«Parece claro que el calor fue la señal ancestral», dijo Rosser. «Es algo muy fundamental poder percibir la temperatura. Es fundamental para la vida poder evitar las zonas calientes o, si hace frío, intentar encontrar zonas cálidas. Por lo tanto, los escarabajos ya tenían esta capacidad antes de la polinización».
«Además, demostramos exactamente cuáles son los genes y las moléculas que utilizan los escarabajos para detectar el calor en la planta y las moléculas de la planta que crean el calor que detectan los escarabajos», añadió.
Para realizar estos descubrimientos, los investigadores llevaron a cabo una serie compleja de experimentos. Estos incluyeron el uso de cámaras infrarrojas para determinar cuándo los conos masculinos y femeninos de las cícadas comienzan a calentarse y enfriarse, así como el seguimiento de los movimientos de la especie de escarabajo Rhopalotria furfuracea en campos abiertos en el Montgomery Botanical Center marcándolos con tintes fluorescentes UV.
Los investigadores también imprimieron modelos 3D de conos de cícadas que calentaron para confirmar que el calor por sí solo, y no las señales químicas emitidas por las plantas, era suficiente para atraer a los polinizadores. Además, los investigadores utilizaron inteligencia artificial para analizar los patrones de color en diferentes plantas para examinar la relación entre la termogénesis, el proceso de producción de calor, y la diversidad de color de las plantas.
Para investigar cómo las cícadas producen calor y cómo los escarabajos lo detectan, los científicos emplearon análisis moleculares y electrofisiológicos. Descubrieron que los escarabajos detectan el infrarrojo utilizando órganos sensoriales especializados en los extremos de sus antenas y que la proteína TRPA1 parece desempeñar un papel clave en sus capacidades de detección de calor.
Beetles covered with UV-fluorescent dyes on a female cycad cone. Photo: Michael Calonje
«Es la misma proteína que utilizan las serpientes de cascabel para detectar el calor de un ratón en la oscuridad total», explicó Rosser. «También la utilizan los mosquitos para detectar el calor de un cuerpo cuando quieren picar algo».
En cuanto a los conos de cícadas, los investigadores descubrieron que la proteína AOX1 está involucrada en el proceso de producción de calor, que las plantas logran utilizando sus mitocondrias, estructuras especializadas en las células que generan energía. Así es como los conos de cícadas pueden alcanzar temperaturas superiores a 10 grados Celsius (50 grados Fahrenheit) por encima de la temperatura ambiente.
«La tasa metabólica es comparable a la de un colibrí, por lo que realmente están emitiendo mucho calor», dijo Rosser.
Por último, el equipo de investigación utilizó datos fósiles sobre plantas termogénicas e insectos polinizadores para estimar el origen de la termogénesis. Los investigadores descubrieron evidencia de que la señalización infrarroja comenzó antes de la aparición de las flores de colores. Más tarde, a medida que las abejas y las mariposas evolucionaron y desarrollaron una visión del color sofisticada, las plantas comenzaron a producir flores de colores brillantes para atraer a estos polinizadores. Pero las cícadas, que son las plantas con semillas más antiguas polinizadas por animales que aún existen, continuaron atrayendo a sus polinizadores utilizando el calor y otras señales metabólicas.
