Истраживачи са Кембриџа су показали да биљке могу да регулишу хемију површине својих латица како би створиле преливе сигнале видљиве пчелама.
Док већина цвећа производи пигменте који изгледају шарено и делују као визуелни знак опрашивачима, неки цветови такође стварају микроскопске тродимензионалне шаре на површини својих латица. Ове паралелне пруге рефлектују одређене таласне дужине светлости да би произвеле иридесцентни оптички ефекат који није увек видљив људским очима, али је видљив пчелама.
Постоји велика конкуренција за пажњу опрашивача и – с обзиром на то да се 35% светских усева ослања на опрашиваче животиња – разумевање како биљке праве шаре латица које задовољавају опрашиваче могло би бити значајно за усмеравање будућих истраживања и политика у пољопривреди, биодиверзитету и очувању.
Истраживање које је водио тим професора Беверлија Гловера на Кембриџовом Одељењу за науку о биљкама открило је да шара латица има више него што се на први поглед види. Претходни резултати су указали на механичко извијање танког, заштитног кутикула слој на површини младих растућих латица могао би изазвати стварање микроскопских гребена.
Ови полу-уређени гребени делују као дифракционе решетке које рефлектују различите таласне дужине светлости да би створили слаб иридесцентни ефекат плавог ореола у плавом УВ спектру који бумбари могу да виде. Међутим, није се разумело зашто се те пруге формирају само у одређеним цветовима или чак само на одређеним деловима латица.
Едвиге Моироуд, која је започела ово истраживање у лабораторији професора Гловера, а сада води сопствену истраживачку групу у Лабораторији Саинсбури, развила је аустралијски аутохтони хибискус, венецијански слез (Хибисцус трионум), као нову врсту модела како би покушала да разуме како и када ове наноструктуре се развијају.
„Наш почетни модел је предвидео да су колико ћелије расту и колико заноктице праве те ћелије кључни фактори који контролишу формирање пруга“, рекао је др Мојруд, „али када смо почели да тестирамо модел користећи експериментални рад у Венецијанском слезу смо открили да њихово формирање такође у великој мери зависи од хемије заноктице, што утиче на то како кутикула реагује на силе које изазивају извијање.
„Следеће питање које желимо да истражимо је како различите хемије могу променити механичка својства кутикуле, као материјала за изградњу наноструктуре. Може бити да различити хемијски састави резултирају кутикулом различите архитектуре или различите крутости, а самим тим и различитим начинима реаговања на силе које доживљавају ћелије док латица расте.
Овај пројекат је открио да постоји комбинација процеса који раде заједно и омогућавају биљкама да обликују своје површине. Др Мојруд је додао: „Биљке су сјајни хемичари и ови резултати илуструју како могу прецизно да подесе хемију своје заноктице да би произвеле различите текстуре на својим латицама. Обрасци формирани на микроскопској скали могу испунити низ функција, од комуникације са опрашивачима до одбране од биљоједа или патогена.
"Они су упечатљиви примери еволуционе диверсификације и комбиновањем експеримената и рачунарског моделирања почињемо мало боље да разумемо како биљке могу да их произведу."
Налази ће бити објављени у Тренутни Биологија.
„Ови увиди су такође корисни за биодиверзитет и конзерваторски радови јер помажу да се објасни како биљке реагују на своју околину“, рекао је професор Гловер, који је и директор Ботаничке баште Универзитета Кембриџ, у којој су истраживачи први пут приметили преливе цветове венецијанског слеза.
„На пример, врсте које су блиско повезане, али које расту у различитим географским регионима, могу имати веома различите обрасце латица. Разумевање зашто се шарање латица разликује и како то може утицати на однос између биљака и њихових опрашивача могло би помоћи у бољем информисању политика у будућем управљању еколошким системима и очувању биодиверзитета.
Истраживање шта покреће 3Д шарање латица
Истраживачи су поступно приступили истрагама. Прво су посматрали развој латица и приметили да се обрасци заноктице појављују када се ћелије издужују, што сугерише да је раст важан. Затим су утврдили да ли мерење физичких параметара везаних за раст, као што су проширење ћелија и дебљина заноктице, може адекватно предвидети уочене обрасце и открили да не могу. Затим су направили корак уназад да покушају да идентификују шта недостаје.
Својства материјала, било да су неоргански или произведени од живих ћелија као што је кутикула, вероватно зависе од хемијске природе овог материјала. Имајући ово на уму, истраживачи су одлучили да погледају хемију заноктице и открили да је ово, заиста, контролни фактор. Да би то урадили, прво су користили нову методу из области хемије да анализирају састав заноктице на врло специфичним тачкама преко латице. Ово је показало да се региони латица контрастне текстуре (глатке или пругасте) такође разликују по хемији своје површине.
У поређењу са глатком кутикулом, открили су да пругаста заноктица има висок ниво дихидрокси-палмитинске киселине и воскова и низак ниво фенолних једињења. Да би тестирали да ли је хемија заноктице заиста важна, они су тада увели трансгени приступ у Хибискусу да би променили хемију заноктице директно у биљкама, користећи гене сличне онима за које се зна да контролишу производњу молекула заноктице у другој моделној биљци, Арабидопсис.
Ово је показало да се текстура заноктице може модификовати, без промене раста ћелија, једноставно модификовањем састава заноктице. Како хемија заноктице може да контролише њено 3Д савијање? Истраживачи сматрају да је промена заноктице хемија утиче на механичка својства кутикуле јер су, чак и када се растегну помоћу специјалног уређаја, трансгене латице са глатком заноктицом остале глатке, за разлику од биљака дивљег типа.