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熱産生植物は、周囲の空気よりも温度を上げる能力を持っています。熱は、熱産生と呼ばれる細胞呼吸の二次プロセスとしてミトコンドリアで生成されます。哺乳類に見られるものと類似した代替酸化酵素と脱共役タンパク質がこのプロセスを可能にしますが、その仕組みはまだよくわかっていません。
熱産生の役割
植物学者は、なぜ熱産生植物が大量の余分な熱を発生するのかを完全には理解していませんが、ほとんどの学者は、それが受粉率の増加と関係があると考えています。最も広く受け入れられている理論は、内因性の熱が植物に花粉媒介者を引き付ける化学物質の拡散を助けるというものです。[1] たとえば、ブードゥーリリーは、腐った肉の匂いを拡散させるために熱を利用します。[2] この匂いはハエを引き寄せ、ハエは匂いの源を探し始めます。ハエは植物全体を死骸を探して探し、植物を受粉させます。[3]
他の説では、熱は花粉媒介者にとって熱報酬となる可能性があるとしています。花粉媒介者はその暖かさを求めて花に引き寄せられるのです。この説は、ほとんどの熱産生植物が熱帯気候に生息するため、あまり支持されていません。
さらに別の説では、熱は霜害から植物を守り、通常よりも早く発芽・成長させるという。例えば、ミズバショウは熱を発生し、春先に積もった雪を溶かして成長することができる。[4]しかし、熱は主にその刺激臭を拡散させ、花粉媒介者を引き付けるために使われている。
熱産生植物の特徴
熱発生植物の多くは、かなり大型である傾向があります。これは、小型植物では大量の熱を発生させるのに十分な体積がないためです。一方、大型植物は、熱を発生させて保持するのに十分な質量を持っています。[5]
熱産生植物は雌性先熟でもあり、つまり、同じ植物の雌の部分が雄の部分より先に成熟する。このため、このような植物は別の植物の花粉によってのみ受粉できるため、近親交配が大幅に減少する。熱産生植物が受粉昆虫を引き寄せるために刺激臭を放つのはこのためである。
例
熱発生植物はさまざまな科に見られますが、特にサトイモ科にはそのような種が多く含まれています。この科の例には、デッドホースアラム（Helicodiceros muscivorus）、イースタンミズバショウ（Symplocarpus foetidus）、エレファントフットヤム（Amorphophallus paeoniifolius）、エレファントイヤー（Philodendron selloum）、ローズアンドレディ（Arum maculatum）、ブードゥーリリー（Typhonium venosum）などがあります。タイタンアラム（Amorphophallus titanum）は、自然の生息地で、熱発生によって発生した水蒸気を使用して、腐った肉の匂いを夜間にその上に漂う冷たい空気の上に拡散させます。一般に信じられていることとは反対に、サトイモ科の近縁種であるアメリカミズバショウ（Lysichiton americanus）は熱発生性ではない。 [6]サトイモ科以外では、ハス（Nelumbo nucifera ）は熱発生性かつ内温性であり、花の温度を一定の範囲に調節することができる。[7]この能力は、光合成を行わない寄生性のRhizanthes属の少なくとも1種、Rhizanthes lowiiに共通している。[8]
熱産生
多くの内温植物種は、ミトコンドリア器官の酵素であり、電子伝達系の一部である代替酸化酵素（AOX）に依存しています。 [9]代替酸化酵素によるミトコンドリアの酸化還元電位の低下は、非生産的な呼吸を増加させます。この代謝プロセスは過剰な熱を生み出し、熱産生組織または器官を温めます。[10]この代替酸化酵素を含む植物は、AOXが電子受容体として機能し、ユビキノールから電子を集め、3番目の電子複合体を迂回するため、シアン化物の影響の影響を受けません。次に、AOX酵素は、プロトン勾配が存在しない状態で酸素分子を水に還元し、その結果、非常に非効率になり、ユビキノールから酸素への自由エネルギーが低下し、熱として放出されます。[11]
参考文献
- ^ Plantguy (2010年1月16日). 「自ら熱を発する植物」. 植物の働き. 2012年12月4日閲覧。
- ^ Turner M (2010年8月). 「今月の植物: ブードゥーリリー」. Turner Photographics . 2012年12月4日閲覧。
- ^ Schultz N (2008年12月22日). 「巨大な悪臭を放つ花」. NewScientist . 2012年12月4日閲覧。
- ^ 「スカンクキャベツ」。全米野生生物連盟。2012年11月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年12月4日閲覧。
- ^ Seymour R, Schultze-Motel P (1997). 「熱を発生する花」(PDF) . Endeavor . 3. 21 (3): 125– 129. doi :10.1016/s0160-9327(97)80222-0. 2014年5月25日時点のオリジナル(PDF)よりアーカイブ。
- ^ Onda Y, Kato Y, Abe Y, Ito T, Morohashi M, Ito Y, et al. (2008年2月). 「ミトコンドリア代替酸化酵素と脱共役タンパク質の機能的共発現がスカンクキャベツの熱産生小花における体温調節の基礎となっている」.植物生理学. 146 (2): 636– 45. doi : 10.1104/pp.107.113563 . PMC 2245847. PMID 18162588.
- ^ Yoon CK (1996年10月1日). 「蓮の熱が昆虫と科学者を引き付ける」.ニューヨークタイムズ. 2012年11月14日閲覧。
- ^ Patiño S, Grace J, Bänziger H (2000年8月). 「Rhizanthes lowii (Rafflesiaceae) の花の吸温性」. Oecologia . 124 (2): 149– 155. Bibcode :2000Oecol.124..149P. doi :10.1007/s004420050001. PMID 28308173. S2CID 22301706.
- ^ Watling JR、 Grant NM、Miller RE、Robinson SA (2008年8月)。「植物における体温調節のメカニズム」。Plant Signaling & Behavior。3 ( 8): 595– 7。doi : 10.4161/psb.3.8.6341。PMC 2634508。PMID 19704809。
- ^ Ito K, Seymour RS (2005 年 12 月). 「熱産生植物における脱共役タンパク質および代替酸化酵素の発現は脂質または炭水化物基質に依存する」. Biology Letters . 1 (4): 427– 30. doi :10.1098/rsbl.2005.0338. PMC 1626365. PMID 17148224 .
- ^ 伊藤 K、緒方 T、誠人 T、梅川 Y、柿崎 Y、長田 H、ムーア AL (2020 年 9 月)。 「Arum maculatum の虫垂におけるミトコンドリア代替オキシダーゼの分解」。生化学ジャーナル。477 (17): 3417–3431。土井: 10.1042/BCJ20200515。PMC 7505559。PMID 32856714。