Calor como sinal: cicas, termogénese e polinização por infravermelho

Cores intensas e aromas sedutores podem chamar a atenção, mas são apenas uma parte do conjunto de estratégias que as plantas utilizam para atrair polinizadores.

Um novo estudo mostra, pela primeira vez, que algumas plantas produzem calor e que essa termogénese funciona como isco: a temperatura elevada atrai insetos que, ao deslocarem-se, acabam por promover a polinização. Os autores defendem ainda que este poderá ter sido um dos primeiros métodos de atração de polinizadores a surgir no reino vegetal, há centenas de milhões de anos.

Cicas (Cycadales): uma linhagem antiga com um truque térmico

As plantas em causa são as cicas, um grupo botânico que mudou relativamente pouco desde o Jurássico. Perceber como conseguem aquecer as suas estruturas reprodutivas ajuda a esclarecer a coevolução entre plantas e os animais de que dependem para se reproduzirem.

“Muito antes de existirem pétalas e perfume”, afirma a bióloga evolutiva Wendy Valencia-Montoya, da Universidade de Harvard, “as plantas e os escaravelhos encontravam-se ao sentirem o calor”.

Há décadas que se sabe que várias plantas - incluindo as cicas - têm capacidades termogénicas, isto é, conseguem gerar calor. Em alguns casos, a temperatura pode atingir valores até 35 °C acima da temperatura ambiente.

Valencia-Montoya e a sua equipa partiram de uma premissa simples: produzir calor tem um custo metabólico elevado, pelo que deverá trazer vantagens. E se, no caso das cicas, o aquecimento fosse uma estratégia diretamente ligada à reprodução?

Como são as cicas e porque a termogénese pode ser uma estratégia reprodutiva

À primeira vista, as cicas lembram fetos-arbóreos, embora não sejam parentes próximos. Têm troncos cilíndricos e folhas rígidas, em forma de pena, que emergem do topo. Em vez de flores, formam cones, que funcionam como estruturas reprodutivas.

Além disso, são dióicas: cada planta produz apenas gâmetas masculinos ou femininos. As plantas masculinas desenvolvem cones que produzem pólen, enquanto as plantas femininas formam cones com óvulos que, após a polinização, dão origem a sementes.

Como a produção de calor está confinada aos cones, a hipótese de que a termogénese serve a reprodução parecia plausível. O verdadeiro desafio era demonstrá-lo de forma inequívoca.

O ritmo circadiano do aquecimento e o “vai e vem” dos polinizadores

Os investigadores concentraram-se numa espécie, Zamia furfuracea, nativa do México. Esta planta depende exclusivamente de um escaravelho para a polinização: Rhopalotria furfuracea.

A equipa recorreu a imagens térmicas e verificou que os cones aquecem segundo um ritmo circadiano rigoroso, repetindo-se à mesma hora todos os dias. A partir de meio da tarde, a temperatura dos cones masculinos sobe, atinge um pico e depois diminui. Nos cones femininos, o aquecimento ocorre três horas mais tarde.

O padrão repete-se a cada 24 horas, o que aponta para a existência de um relógio interno de base genética, e não para uma resposta direta a sinais ambientais como luz, humidade ou temperatura exterior.

É aqui que o comportamento dos escaravelhos se torna decisivo: quando os cones masculinos começam a aquecer, os insetos concentram-se neles. Mais tarde, quando a temperatura aumenta nos cones femininos, os escaravelhos deslocam-se para essas estruturas - transportando consigo uma fina camada de pólen.

“Este foi um dos primeiros indícios realmente fortes de que o fenómeno está provavelmente ligado à polinização”, explica Nicholas Bellono, biólogo celular da Universidade de Harvard. “As plantas masculinas e femininas estavam de facto a aquecer de forma controlada pelo ciclo circadiano - e víamos que isso coincidia com o movimento dos escaravelhos.”

O mecanismo nas plantas: AOX1, mitocôndrias e produção de calor

Uma análise mais detalhada revelou o que sustenta esta simbiose.

Do lado das plantas, um gene chamado AOX1 intensifica a sua atividade. Na prática, o processo contorna a produção normal de ATP nas mitocôndrias, levando estas “centrais energéticas” celulares a converter combustível diretamente em calor. O resultado é uma elevação térmica estável e prolongada - precisamente o tipo de sinal que atrai os escaravelhos.

O mecanismo nos insetos: sensilas coelocónicas, TRPA1 e infravermelho

Do lado dos polinizadores, os escaravelhos possuem sensores nas extremidades das antenas, conhecidos como sensilas coelocónicas, capazes de responder diretamente à radiação térmica infravermelha através do canal iónico TRPA1 - um mecanismo também envolvido na deteção de calor noutros animais, como as serpentes.

Ao excluir outras pistas ambientais a que os escaravelhos poderiam reagir, os investigadores confirmaram que estes insetos se orientam, de facto, pelo calor irradiado. Quando o canal iónico foi desativado, os escaravelhos deixaram de responder ao mesmo estímulo, estabelecendo a primeira ligação direta observada entre a deteção de calor mediada por TRPA1 e a polinização.

O que isto diz sobre a evolução - e porque as cicas estão hoje em declínio

Atualmente, existem apenas cerca de 300 espécies de cicas no mundo, e a maioria é considerada ameaçada de extinção. Uma das possíveis razões é a ascensão das plantas com flor, que se tornaram dominantes entre 112 e 93 milhões de anos atrás.

O infravermelho oferece, essencialmente, um sinal de “canal único” - a intensidade. Já a cor permite um número quase ilimitado de combinações. À medida que as plantas com flor se diversificaram e os insetos evoluíram uma visão cromática mais sofisticada, o sinal térmico relativamente simples das cicas poderá ter-se tornado uma desvantagem competitiva.

Além disso, com a expansão das plantas com flor, os insetos podem ter mudado em resposta, desenvolvendo capacidades sensoriais e visão da cor mais complexas, enquanto os escaravelhos polinizadores das cicas permaneceram altamente especializados em pistas infravermelhas noturnas.

Uma dimensão escondida na comunicação entre espécies

As relações entre plantas, os seus simbiontes, os seus polinizadores, os seus predadores e, em alguns casos, as suas presas, são difíceis de detetar a olho nu. Este resultado sugere que ainda estamos longe de compreender a totalidade dos “canais” de comunicação usados na natureza.

“Estamos, no fundo, a acrescentar uma nova dimensão de informação que plantas e animais usam para comunicar e que desconhecíamos”, afirma Valencia-Montoya. “Sabíamos do cheiro e da cor, mas não sabíamos que o infravermelho podia funcionar como sinal de polinização.”

Conservação e implicações práticas para proteger cicas e polinizadores

Esta descoberta também reforça um ponto crítico para a conservação: proteger cicas implica, muitas vezes, proteger simultaneamente os seus polinizadores especializados e os habitats onde ambos completam o ciclo de vida. Programas de conservação eficazes podem ter de incluir medidas como a salvaguarda de populações de escaravelhos, a manutenção de microclimas adequados e o apoio a coleções ex situ com gestão reprodutiva baseada nos ciclos circadianos de aquecimento dos cones.

Ao mesmo tempo, o estudo abre caminho para procurar sinais térmicos semelhantes noutros grupos vegetais e para avaliar como alterações climáticas - por exemplo, noites mais quentes ou ondas de calor - poderão interferir com a sincronização entre ritmo circadiano, termogénese e atividade dos insetos, afetando diretamente o sucesso da polinização.

A investigação foi publicada na revista Science.