東亞和北美寒冷森林中的一種典型植物可以產生足夠的熱量來融化周圍的積雪。即使環境溫度降至零下十度，該過程也會發生。數十年來，研究人員一直在關注這一現象，2024 年發表的一項研究提供了有關其內部運作原理的新細節。
該物種在日語中被稱為“zazen-sou”，有紫色的苞片，有斑點，具有強烈的氣味。它在潮濕地區或沼澤附近開花早，甚至在冬末也開花。與大多數依賴陽光或環境產生熱量的植物不同，這種花在自己的生殖組織中主動產生熱量。
替代蛋白質轉移能量以產生熱量
熱量來自粒線體內細胞呼吸的調整。通常，電子傳遞鏈產生 ATP，即細胞的能量貨幣。在坐禪莊中，一種叫做替代氧化酶（AOX）的蛋白質開始發揮作用。
它使一些電子偏轉並以熱量的形式直接釋放大約百分之六的葡萄糖能量。這條路徑生產可儲存能源的效率較低，但有助於工廠應對極端條件。
- AOX 在小花的產熱階段維持高表現。
- 低溫下硫化氫的存在會抑制傳統的細胞色素途徑。
- 因此，該工廠優先考慮產生熱量而不是 ATP。
- 中央器官稱為肉穗花序，是產熱的主要部位。
這種組合使得花序能夠在近一周內保持在 22 至 26 攝氏度之間，無論外部寒冷如何。
所研究的植物中獨特的熱調節
佛焰花序被佛焰苞包圍，佛焰苞的結構類似經過改造的葉子。內部溫度保持穩定，足以融化積雪。傳粉昆蟲會被高溫和特有的氣味所吸引，有些人認為這些氣味令人不快。
科學家指出，很少有植物物種具有如此受控的生熱作用。坐禪莊以其連續幾天調節熱量的能力而脫穎而出。先前的研究已經記錄了這種現象，但 AOX 和細胞色素抑制的精確作用已經透過最近的數據變得清晰。
該植物分佈於亞洲和北美，學名略有不同。在這兩種情況下，基本機制都會重複。實地研究表明，開花發生在其他物種仍在雪下休眠的時期。
2024 年研究強化了細胞過程的細節
發表在《植物生理學》雜誌上的研究分析了加熱階段的基因表現。結果表明，當花產生熱量時，AOX 的強度變化不大。同時，硫化氫充當天然調節劑，減緩主要 ATP 生產途徑。
這種雙重作用優化了惡劣環境中資源的使用。該工廠利用能源產生熱量，但保證在一年中的戰略時期進行繁殖。生物學家認為這個案例是生理適應的罕見例子。
花序花序是花中心的肉質結構，集中了活性。即使周圍空氣結冰，它也能保持溫暖。研究小組測量到花朵內部和外部的溫差高達 36 度。
適應有助於寒冷生態系中的生存
北半球的森林和沼澤邊緣會經歷長時間的降雪。融化周圍冰的能力為授粉創造了有利的微環境。早期出現的昆蟲會找到一個溫暖、有吸引力的地方。
紫色的苞片有助於可見度和保溫。強烈的氣味完善了吸引遊客的訊號。儘管這種氣味可能會讓人類感到厭惡，但它具有精確的生態功能。
研究仍在繼續繪製亞洲和北美人口之間的差異。迄今為止，生熱作用的中心機制已被保留。科學家正在監測氣候變遷是否會改變植物週期或暖化的持續時間。
目前的數據表明，即使在冬季嚴酷的年份，這種花也能保持熱性能。內部調節保護生殖組織免受長期霜凍的影響。