Istraživači s Cambridgea pokazali su da biljke mogu regulirati kemiju površine svojih latica kako bi stvorile iridescentne signale vidljive pčelama.
Dok većina cvijeća proizvodi pigmente koji izgledaju šareno i djeluju kao vizualni znak za oprašivače, neki cvjetovi također stvaraju mikroskopske trodimenzionalne uzorke na površini svojih latica. Ove paralelne pruge reflektiraju određene valne duljine svjetlosti kako bi proizvele iridescentni optički efekt koji nije uvijek vidljiv ljudskim očima, ali je vidljiv pčelama.
Postoji velika konkurencija za pozornost od strane oprašivača i - s obzirom da se 35% svjetskih usjeva oslanja na životinjske oprašivače - razumijevanje kako biljke stvaraju uzorke latica koji odgovaraju oprašivačima moglo bi biti značajno za usmjeravanje budućih istraživanja i politika u poljoprivredi, bioraznolikosti i očuvanju.
Istraživanje koje je vodio tim profesorice Beverley Glover na Cambridgeovom odjelu za biljne znanosti otkrilo je da šaranje latica ima više nego što se čini na prvi pogled. Prethodni rezultati pokazali su da mehaničko izvijanje tankog, zaštitnog zanoktica sloj na površini mladih rastućih latica mogao potaknuti stvaranje mikroskopskih izbočina.
Ovi polu-uređeni grebeni djeluju kao difrakcijske rešetke koje reflektiraju različite valne duljine svjetlosti i stvaraju slabi prelijevi efekt plave aureole u plavom UV spektru koji bumbari mogu vidjeti. Međutim, zašto se te pruge formiraju samo u određenim cvjetovima ili čak samo na određenim dijelovima latica nije bilo jasno.
Edwige Moyroud, koja je započela ovo istraživanje u laboratoriju profesora Glovera i sada vodi vlastitu istraživačku grupu u Laboratoriju Sainsbury, razvila je australski autohtoni hibiskus, venecijanski sljez (Hibiscus trionum), kao novu modelnu vrstu kako bi pokušala razumjeti kako i kada te se nanostrukture razvijaju.
"Naš početni model je predvidio da su koliko stanica raste i koliko te stanice stvaraju kutikule ključni čimbenici koji kontroliraju formiranje pruga", rekao je dr. Moyroud, "ali kada smo počeli testirati model koristeći eksperimentalni rad u venecijanskom sljezu otkrili smo da njihovo formiranje također uvelike ovisi o kemiji kutikule, koja utječe na to kako kutikula reagira na sile koje uzrokuju izvijanje.”
“Sljedeće pitanje koje želimo istražiti je kako različite kemije mogu promijeniti mehanička svojstva kutikule, kao materijala za izgradnju nanostrukture. Moguće je da različiti kemijski sastavi rezultiraju kutikulom različite arhitekture ili različite krutosti, a time i različitih načina reagiranja na sile koje doživljavaju stanice dok latica raste.”
Ovaj je projekt otkrio da postoji kombinacija procesa koji rade zajedno i omogućuju biljkama da oblikuju svoje površine. Dr. Moyroud je dodao: “Biljke su izvrsni kemičari i ovi rezultati pokazuju kako mogu precizno prilagoditi kemiju svoje kutikule da proizvedu različite teksture na svojim laticama. Uzorci formirani na mikroskopskoj razini mogu ispuniti niz funkcija, od komunikacije s oprašivačima do obrane od biljojeda ili patogena.”
"Oni su upečatljivi primjeri evolucijske diversifikacije i kombiniranjem eksperimenata i računalnog modeliranja počinjemo malo bolje razumijevati kako ih biljke mogu proizvesti."
Nalazi će biti objavljeni u Trenutni Biologija.
„Ovi su uvidi također korisni za biološku raznolikost i konzervatorski rad jer pomažu objasniti interakciju biljaka sa svojim okolišem,” rekao je profesor Glover, koji je također direktor Botaničkog vrta Sveučilišta u Cambridgeu, u kojem su istraživači prvi primijetili preljeve cvjetova venecijanskog sljeza.
“Na primjer, vrste koje su blisko povezane, ali rastu u različitim geografskim regijama mogu imati vrlo različite uzorke latica. Razumijevanje zašto šaranje latica varira i kako to može utjecati na odnos između biljaka i njihovih oprašivača moglo bi pomoći u boljem informiranju politika u budućem upravljanju ekološkim sustavima i očuvanju biološke raznolikosti.”
Istraživanje što pokreće 3D uzorke latica
Istraživači su istraživanjima pristupili postupno. Prvo su promatrali razvoj latica i primijetili da se obrasci kutikule pojavljuju kada se stanice izduže, što sugerira da je rast bio važan. Zatim su utvrdili može li mjerenje fizičkih parametara povezanih s rastom, kao što je širenje stanica i debljina kutikule, adekvatno predvidjeti uočene obrasce, i otkrili su da ne mogu. Zatim su napravili korak unatrag kako bi pokušali identificirati što nedostaje.
Svojstva materijala, bilo anorganskog ili proizvedenog od strane živih stanica poput kutikule, vjerojatno će ovisiti o kemijskoj prirodi tog materijala. Imajući to na umu, istraživači su odlučili pogledati kemiju zanoktica i otkrili da je to doista kontrolni čimbenik. Da bi to učinili, prvo su upotrijebili novu metodu iz područja kemije za analizu sastava kutikule na vrlo određenim točkama na latici. Ovo je pokazalo da se regije latica s kontrastnim teksturama (glatke ili prugaste) također razlikuju u kemijskom sastavu svoje površine.
Uspoređujući s glatkom kutikulom, otkrili su da prugasta kutikula ima visoke razine dihidroksi-palmitinske kiseline i voskova te niske razine fenolnih spojeva. Kako bi testirali je li kemija kutikule doista važna, tada su uveli transgenski pristup u hibiskusu kako bi promijenili kemiju kutikule izravno u biljkama, koristeći gene slične onima za koje se zna da kontroliraju proizvodnju molekula kutikule u drugom modelu biljke, Arabidopsis.
Ovo je pokazalo da se tekstura kutikule može modificirati, bez promjene rasta stanica, jednostavno modificiranjem sastava kutikule. Kako kemija kutikule može kontrolirati njezino 3D savijanje? Istraživači misle da promjena kutikule kemija utječe na mehanička svojstva kutikule budući da su transgene latice s glatkom kutikulom ostale glatke, za razliku od onih iz divljih biljaka, čak i kada su ih razvukle posebnim uređajem.