Raziskovalci s Cambridgea so pokazali, da lahko rastline uravnavajo kemijo površine cvetnih listov, da ustvarijo mavrične signale, vidne čebelam.
Medtem ko večina cvetov proizvaja pigmente, ki so videti barviti in delujejo kot vizualni znak za opraševalce, nekatere rože ustvarjajo tudi mikroskopske tridimenzionalne vzorce na površini cvetnih listov. Te vzporedne proge odbijajo določene valovne dolžine svetlobe, da ustvarijo prelivajoč se optični učinek, ki ni vedno viden človeškim očem, viden pa čebelam.
Opraševalci veliko tekmujejo za pozornost in – glede na to, da je 35 % svetovnih pridelkov odvisnih od živalskih opraševalcev – bi lahko bilo razumevanje, kako rastline ustvarijo vzorce cvetnih listov, ki ugajajo opraševalcem, pomembno za usmerjanje prihodnjih raziskav in politik v kmetijstvu, biotski raznovrstnosti in ohranjanju.
Raziskava, ki jo je vodila ekipa profesorja Beverleyja Gloverja na oddelku za rastlinske znanosti v Cambridgeu, je pokazala, da je vzorčenje cvetnih listov več, kot se zdi na prvi pogled. Prejšnji rezultati so pokazali, da mehansko upogibanje tanke, zaščitne povrhnjica plast na površini mladih rastočih cvetnih listov lahko sproži nastanek mikroskopskih grebenov.
Ti napol urejeni grebeni delujejo kot uklonske rešetke, ki odbijajo različne valovne dolžine svetlobe, da ustvarijo šibek prelivajoč se učinek modrega haloja v modrem UV-spektru, ki ga lahko vidijo čmrlji. Toda zakaj te brazde nastanejo samo v določenih cvetovih ali celo samo na določenih delih cvetnih listov, ni bilo razumljeno.
Edwige Moyroud, ki je to raziskavo začela v laboratoriju profesorja Gloverja in zdaj vodi lastno raziskovalno skupino v laboratoriju Sainsbury, je razvila avstralski domači hibiskus, beneški slez (Hibiscus trionum), kot novo modelno vrsto, da bi poskušala razumeti, kako in kdaj te nanostrukture se razvijejo.
»Naš začetni model je napovedal, da sta bila količina rasti celic in koliko te celice naredijo ključna dejavnika, ki nadzorujeta nastanek brazd,« je dejal dr. Moyroud, »ko pa smo začeli testirati model z eksperimentalno delo pri beneškem slezu smo ugotovili, da je njihov nastanek močno odvisen tudi od kemije obnohtne kožice, ki vpliva na odziv obnohtne kožice na sile, ki povzročajo upogib.«
»Naslednje vprašanje, ki ga želimo raziskati, je, kako lahko različne kemije spremenijo mehanske lastnosti povrhnjice kot materiala za gradnjo nanostrukture. Lahko se zgodi, da različne kemične sestave povzročijo povrhnjico z različno arhitekturo ali z različno togostjo in s tem različne načine reagiranja na sile, ki jih doživljajo celice, ko cvetni list raste.«
Ta projekt je razkril, da obstaja kombinacija procesov, ki delujejo skupaj in omogočajo rastlinam, da oblikujejo svoje površine. Dr. Moyroud je dodal: »Rastline so mogočni kemiki in ti rezultati ponazarjajo, kako lahko natančno prilagodijo kemijo svoje povrhnjice, da proizvedejo različne teksture svojih cvetnih listov. Vzorci, oblikovani na mikroskopskem merilu, lahko izpolnjujejo vrsto funkcij, od komunikacije z opraševalci do obrambe pred rastlinojedci ali patogeni.«
"So osupljivi primeri evolucijske diverzifikacije in z združevanjem poskusov in računalniškega modeliranja začenjamo malo bolje razumeti, kako jih lahko rastline izdelajo."
Ugotovitve bodo objavljene v Trenutna Biology.
»Ta spoznanja so koristna tudi za biotsko raznovrstnost in konservatorska dela ker pomagajo razložiti, kako rastline sodelujejo s svojim okoljem,« je povedal profesor Glover, ki je tudi direktor botaničnega vrta Univerze v Cambridgeu, v katerem so raziskovalci prvič opazili mavrične cvetove beneškega sleza.
"Na primer, vrste, ki so tesno povezane, vendar rastejo v različnih geografskih regijah, imajo lahko zelo različne vzorce cvetnih listov. Razumevanje, zakaj se cvetni listi spreminjajo in kako bi to lahko vplivalo na razmerje med rastlinami in njihovimi opraševalci, bi lahko pomagalo bolje obveščati politike pri prihodnjem upravljanju okoljskih sistemov in ohranjanju biotske raznovrstnosti.
Raziskovanje, kaj poganja 3D vzorčenje cvetnih listov
Raziskovalci so k preiskavam pristopili postopoma. Najprej so opazovali razvoj cvetnih listov in opazili, da se vzorci povrhnjice pojavijo, ko se celice podaljšajo, kar nakazuje, da je bila rast pomembna. Nato so ugotovili, ali lahko merjenje fizikalnih parametrov, povezanih z rastjo, kot sta širjenje celic in debelina povrhnjice, ustrezno napoveduje opažene vzorce, in ugotovili, da ne morejo. Nato so naredili korak nazaj, da bi ugotovili, kaj manjka.
Lastnosti materiala, ne glede na to, ali je anorganski ali ga proizvajajo žive celice, kot je kožica, so verjetno odvisne od kemične narave tega materiala. S tem v mislih so se raziskovalci odločili preučiti kemijo obnohtne kožice in ugotovili, da je to res nadzorni dejavnik. Da bi to naredili, so najprej uporabili novo metodo s področja kemije za analizo sestave povrhnjice na zelo specifičnih točkah čez cvetni list. To je pokazalo, da se področja cvetnih listov s kontrastnimi teksturami (gladkimi ali progastimi) razlikujejo tudi po kemiji svoje površine.
V primerjavi z gladko povrhnjico so ugotovili, da ima progasta povrhnjica visoke ravni dihidroksi-palmitinske kisline in voskov ter nizke ravni fenolnih spojin. Da bi preverili, ali je kemija obnohtne kožice res pomembna, so nato uvedli transgenski pristop pri hibiskusu, da bi spremenili kemijo obnohtne kožice neposredno v rastlinah, z uporabo genov, podobnih tistim, za katere je znano, da nadzorujejo proizvodnjo molekul obnohtne kožice v drugem modelu rastline, Arabidopsis.
To je pokazalo, da je mogoče teksturo obnohtne kožice spremeniti, ne da bi spremenili rast celic, preprosto s spreminjanjem sestave obnohtne kožice. Kako lahko kemija obnohtne kožice nadzoruje njeno 3D zvijanje? Raziskovalci menijo, da sprememba obnohtne kožice kemija vpliva na mehanske lastnosti povrhnjice, saj so transgeni cvetni listi z gladko povrhnjico ostali gladki, za razliko od tistih iz divjih rastlin, tudi ko so jih raztegnili s posebno napravo.