Cercetătorii de la Cambridge au arătat că plantele pot regla chimia suprafeței petalelor lor pentru a crea semnale irizate vizibile pentru albine.
În timp ce majoritatea florilor produc pigmenți care par colorați și acționează ca un indiciu vizual pentru polenizatori, unele flori creează, de asemenea, modele microscopice tridimensionale pe suprafețele petalelor lor. Aceste striații paralele reflectă anumite lungimi de undă ale luminii pentru a produce un efect optic irizat care nu este întotdeauna vizibil pentru ochii oamenilor, dar vizibil pentru albine.
Există o mulțime de concurență pentru atenția polenizatorilor și, având în vedere că 35% din culturile lumii se bazează pe polenizatori animale, înțelegerea modului în care plantele fac modele de petale care îi plac polenizatorilor ar putea fi semnificativă pentru direcționarea cercetărilor și politicilor viitoare în agricultură, biodiversitate și conservare.
Cercetările conduse de echipa profesorului Beverley Glover de la Departamentul de științe a plantelor din Cambridge au arătat că modelarea petalelor are mai mult decât se vede. Rezultatele anterioare au indicat că flambajul mecanic al subțiri, de protecție cuticulă stratul de pe suprafața petalelor tinere în creștere ar putea declanșa formarea crestelor microscopice.
Aceste creste semi-ordonate acționează ca rețele de difracție care reflectă diferite lungimi de undă de lumină pentru a crea un efect de halou albastru irizat slab în spectrul albastru-UV pe care îl pot vedea bondarii. Totuși, de ce acele striații se formează doar în anumite flori sau chiar numai pe anumite părți ale petalelor nu a fost înțeles.
Edwige Moyroud, care a început această cercetare în laboratorul profesorului Glover și acum conduce propriul ei grup de cercetare la Laboratorul Sainsbury, a dezvoltat hibiscusul nativ australian, nalba de la Veneția (Hibiscus trionum), ca o nouă specie model pentru a încerca să înțeleagă cum și când. aceste nanostructuri se dezvoltă.
„Modelul nostru inițial a prezis că cât de mult cresc celulele și cât de multă cuticulă fac acele celule au fost factori cheie care controlează formarea striațiilor”, a spus dr. Moyroud, „dar când am început să testăm modelul folosind munca experimentala în nalba de la Veneția, am aflat că formarea lor este, de asemenea, foarte dependentă de chimia cuticulei, care afectează modul în care cuticula răspunde la forțele care provoacă flambarea.”
„Următoarea întrebare pe care vrem să o explorăm este modul în care diferitele chimie pot schimba proprietățile mecanice ale cuticulei, ca material de construcție a nanostructurii. Este posibil ca diferite compoziții chimice să ducă la o cuticulă cu arhitectură diferită sau cu rigiditate diferită și, prin urmare, moduri diferite de reacție la forțele experimentate de celule pe măsură ce petala crește.
Acest proiect a dezvăluit că există o combinație de procese care lucrează împreună și care permit plantelor să-și modeleze suprafețele. Dr. Moyroud a adăugat: „Plantele sunt chimiști formidabili și aceste rezultate ilustrează modul în care pot regla cu precizie chimia cuticulei lor pentru a produce texturi diferite pe petalele lor. Modelele formate la scară microscopică pot îndeplini o serie de funcții, de la comunicarea cu polenizatorii până la apărarea împotriva ierbivorelor sau agenților patogeni.”
„Sunt exemple izbitoare de diversificare evolutivă și, combinând experimente și modelare computațională, începem să înțelegem puțin mai bine cum le pot fabrica plantele.”
Constatările vor fi publicate în Curent Biologie.
„Aceste informații sunt utile și pentru biodiversitate și lucrări de conservare pentru că ajută la explicarea modului în care plantele interacționează cu mediul lor”, a spus profesorul Glover, care este și directorul Grădinii Botanice a Universității Cambridge, în care cercetătorii au observat pentru prima dată florile irizate de nalbă de la Veneția.
„De exemplu, speciile care sunt strâns înrudite, dar care cresc în regiuni geografice diferite pot avea modele de petale foarte diferite. Înțelegerea de ce variază zgomotul petalelor și modul în care aceasta ar putea afecta relația dintre plante și polenizatorii lor ar putea ajuta la o mai bună informare a politicilor în managementul viitor al sistemelor de mediu și conservarea biodiversității.”
Investigarea motivului pentru modelarea petalelor 3D
Cercetătorii au adoptat o abordare treptată a investigațiilor. Ei au observat mai întâi dezvoltarea petalelor și au observat că modelele cuticulei apar atunci când celulele se alungesc, sugerând că creșterea este importantă. Apoi au determinat dacă măsurarea parametrilor fizici legați de creștere, cum ar fi expansiunea celulelor și grosimea cuticulei, ar putea prezice în mod adecvat modelele observate și au descoperit că nu ar putea. Apoi au făcut un pas înapoi pentru a încerca să identifice ceea ce lipsea.
Proprietățile unui material, fie ele anorganice sau produse de celule vii, cum ar fi cuticula, pot depinde de natura chimică a acestui material. Având în vedere acest lucru, cercetătorii au decis să se uite la chimia cuticulei și au descoperit că, într-adevăr, acesta este un factor de control. Pentru a face acest lucru, au folosit mai întâi o nouă metodă din domeniul chimiei pentru a analiza compoziția cuticulei în puncte foarte specifice de-a lungul petalei. Aceasta a arătat că regiunile petale cu texturi contrastante (netede sau striate) diferă și în chimia suprafeței lor.
În comparație cu cuticula netedă, ei au descoperit că cuticula striată are niveluri ridicate de acid dihidroxi-palmitic și ceară și niveluri scăzute de compuși fenolici. Pentru a testa dacă chimia cuticulei a fost într-adevăr importantă, ei au lansat apoi o abordare transgenică în Hibiscus pentru a modifica chimia cuticulei direct în plante, folosind gene similare cu cele cunoscute pentru controlul producției de molecule ale cuticulei într-o plantă model diferită, Arabidopsis.
Aceasta a arătat că textura cuticulei poate fi modificată, fără a modifica creșterea celulelor, pur și simplu prin modificarea compoziției cuticulei. Cum poate chimia cuticulelor să-și controleze plierea 3D? Cercetătorii cred că o schimbare a cuticulei chimie afectează proprietățile mecanice ale cuticulei deoarece, chiar și atunci când sunt întinse cu ajutorul unui dispozitiv special, petalele transgenice cu cuticulă netedă au rămas netede, spre deosebire de cele de la plantele de tip sălbatic.