Kembridžas pētnieki ir pierādījuši, ka augi var regulēt savu ziedlapu virsmas ķīmisko sastāvu, lai radītu bitēm redzamus zaigojošus signālus.
Lai gan lielākā daļa ziedu rada pigmentus, kas izskatās krāsaini un darbojas kā vizuāla norāde apputeksnētājiem, daži ziedi arī veido mikroskopiskus trīsdimensiju rakstus uz to ziedlapu virsmām. Šīs paralēlās svītras atspoguļo noteiktus gaismas viļņu garumus, lai radītu zaigojošu optisku efektu, kas ne vienmēr ir redzams cilvēka acīm, taču ir redzams bitēm.
Pastāv liela konkurence par apputeksnētāju uzmanību, un, ņemot vērā to, ka 35% pasaules kultūraugu paļaujas uz dzīvnieku apputeksnētājiem, izpratne par to, kā augi veido ziedlapu rakstus, kas patīk apputeksnētājiem, varētu būt nozīmīgi, virzot turpmākos pētījumus un politiku lauksaimniecībā, bioloģiskajā daudzveidībā un saglabāšanā.
Pētījums, ko vadīja profesora Beverlija Glovera komanda Kembridžas Augu zinātņu katedrā, atklāja, ka ziedlapu rakstībā ir daudz vairāk, nekā šķiet. Iepriekšējie rezultāti liecināja, ka plānas, aizsargājošas mehāniskas izliekšanās epiderma slānis uz jauno augošo ziedlapu virsmas var izraisīt mikroskopisku izciļņu veidošanos.
Šīs daļēji sakārtotās grēdas darbojas kā difrakcijas režģi, kas atspoguļo dažādus gaismas viļņu garumus, lai radītu vāju zaigojošu zilā oreola efektu zilā UV spektrā, ko var redzēt kamenes. Tomēr netika saprasts, kāpēc šīs svītras veidojas tikai noteiktos ziedos vai pat tikai atsevišķās ziedlapu daļās.
Edvidža Moirūda, kura uzsāka šo pētījumu profesora Glovera laboratorijā un tagad vada savu pētniecības grupu Sainsbury laboratorijā, ir izstrādājusi Austrālijas vietējo hibisku Venēcijas malvu (Hibiscus trionum) kā jaunu paraugsugu, lai mēģinātu saprast, kā un kad. šīs nanostruktūras attīstās.
"Mūsu sākotnējais modelis paredzēja, ka šūnu augšana un kutikulas veidošanās bija galvenie faktori, kas kontrolē svītru veidošanos," sacīja Dr. Moyroud, "bet kad mēs sākām pārbaudīt modeli, izmantojot eksperimentāls darbs Venēcijas malvā mēs noskaidrojām, ka to veidošanās ir ļoti atkarīga arī no kutikulas ķīmijas, kas ietekmē to, kā kutikula reaģē uz spēkiem, kas izraisa izliekšanos.
"Nākamais jautājums, ko vēlamies izpētīt, ir tas, kā dažādas ķīmijas var mainīt kutikulas kā nanostruktūras veidošanas materiāla mehāniskās īpašības. Var būt, ka dažādu ķīmisko sastāvu rezultātā veidojas kutikula ar atšķirīgu arhitektūru vai atšķirīgu stingrību un līdz ar to dažādi veidi, kā reaģēt uz spēkiem, ko izjūt šūnas, ziedlapai augot.
Šis projekts atklāja, ka pastāv procesu kombinācija, kas darbojas kopā un ļauj augiem veidot savas virsmas. Dr Moyroud piebilda: "Augi ir lieliski ķīmiķi, un šie rezultāti parāda, kā viņi var precīzi noregulēt savas kutikulas ķīmisko sastāvu, lai ziedlapiņās iegūtu dažādas tekstūras. Mikroskopiskā mērogā izveidotie modeļi var pildīt dažādas funkcijas, sākot no komunikācijas ar apputeksnētājiem līdz aizsardzībai pret zālēdājiem vai patogēniem.
"Tie ir pārsteidzoši evolūcijas dažādošanas piemēri, un, apvienojot eksperimentus un skaitļošanas modelēšanu, mēs sākam mazliet labāk saprast, kā augi tos var izgatavot."
Rezultāti tiks publicēti Pašreizējais Bioloģija.
“Šīs atziņas ir noderīgas arī bioloģiskajai daudzveidībai un konservācijas darbi jo tie palīdz izskaidrot, kā augi mijiedarbojas ar savu vidi,” sacīja profesors Glovers, kurš ir arī Kembridžas Universitātes Botāniskā dārza direktors, kurā pētnieki pirmo reizi pamanīja Venēcijas malvas zaigojošos ziedus.
"Piemēram, sugām, kas ir cieši saistītas, bet aug dažādos ģeogrāfiskos reģionos, var būt ļoti atšķirīgi ziedlapu raksti. Izpratne par to, kāpēc ziedlapu krāsojums atšķiras un kā tas var ietekmēt attiecības starp augiem un to apputeksnētājiem, varētu palīdzēt labāk informēt politiku par turpmāko vides sistēmu pārvaldību un bioloģiskās daudzveidības saglabāšanu.
Izpētīt, kas veicina 3D ziedlapu rakstīšanu
Pētnieki izmeklēšanā izmantoja pakāpenisku pieeju. Viņi vispirms novēroja ziedlapu attīstību un pamanīja, ka kutikulas raksti parādās, kad šūnas pagarinās, kas liecina, ka augšana bija svarīga. Pēc tam viņi noteica, vai ar augšanu saistīto fizisko parametru mērīšana, piemēram, šūnu paplašināšanās un kutikulas biezums, var adekvāti paredzēt novērotos modeļus, un konstatēja, ka viņi to nevar. Pēc tam viņi spēra soli atpakaļ, lai mēģinātu noteikt, kas trūkst.
Materiāla īpašības, neatkarīgi no tā, vai tas ir neorganisks vai ražots no dzīvām šūnām, piemēram, kutikulas, visticamāk, ir atkarīgas no šī materiāla ķīmiskās īpašības. Paturot to prātā, pētnieki nolēma aplūkot kutikulas ķīmiju un atklāja, ka tas patiešām ir kontrolējošs faktors. Lai to izdarītu, viņi vispirms izmantoja jaunu metodi no ķīmijas, lai analizētu kutikulas sastāvu ļoti specifiskos punktos visā ziedlapā. Tas parādīja, ka ziedlapu reģioni ar kontrastējošām tekstūrām (gluda vai svītraina) atšķiras arī pēc to virsmas ķīmiskās sastāva.
Salīdzinot ar gludu kutikulu, viņi atklāja, ka šķērssvītrotajā kutikulu ir augsts dihidroksipalmitīnskābes un vasku līmenis un zems fenola savienojumu līmenis. Lai pārbaudītu, vai kutikulas ķīmija patiešām ir svarīga, viņi pēc tam uzsāka transgēnu pieeju Hibiscus, lai mainītu kutikulas ķīmiju tieši augos, izmantojot gēnus, kas ir līdzīgi tiem, kas kontrolē kutikulas molekulu veidošanos citā paraugaugā Arabidopsis.
Tas parādīja, ka kutikulas tekstūru var mainīt, nemainot šūnu augšanu, vienkārši mainot kutikulas sastāvu. Kā kutikulas ķīmija var kontrolēt tās 3D locīšanu? Pētnieki domā, ka izmaiņas kutikulu ķīmija ietekmē kutikulas mehāniskās īpašības, jo, pat izstiepjot ar speciālu ierīci, transgēnās ziedlapiņas ar gludu kutikulu atšķirībā no savvaļas augu ziedlapiņām saglabājās gludas.