Kembridžo mokslininkai įrodė, kad augalai gali reguliuoti savo žiedlapių paviršiaus chemiją, kad sukurtų bitėms matomus vaivorykštės signalus.
Nors dauguma gėlių gamina pigmentus, kurie atrodo spalvingi ir veikia kaip vaizdinis užuomina apdulkintojams, kai kurios gėlės taip pat sukuria mikroskopinius trimačius raštus savo žiedlapių paviršiuose. Šios lygiagrečios juostelės atspindi tam tikrus šviesos bangos ilgius ir sukuria vaivorykštinį optinį efektą, kuris ne visada matomas žmogaus akims, tačiau matomas bitėms.
Dėl apdulkintojų dėmesio vyksta didžiulė konkurencija ir, atsižvelgiant į tai, kad 35 % pasaulio pasėlių priklauso nuo gyvūnų apdulkintojų, supratimas, kaip augalai sukuria žiedlapių modelius, kurie patinka apdulkintojams, gali būti reikšmingi nukreipiant būsimus tyrimus ir politiką žemės ūkio, biologinės įvairovės ir apsaugos srityse.
Tyrimai, kuriems vadovavo profesoriaus Beverley Gloverio komanda Kembridžo Augalų mokslų katedroje, atskleidė, kad žiedlapių modeliavimas yra daugiau, nei atrodo iš pirmo žvilgsnio. Ankstesni rezultatai parodė, kad plonas, apsauginis mechaninis sulenkimas odelė sluoksnis ant jaunų augančių žiedlapių paviršiaus gali sukelti mikroskopinių keterų susidarymą.
Šios pusiau sutvarkytos keteros veikia kaip difrakcijos gardelės, atspindinčios skirtingus šviesos bangos ilgius, kad sukurtų silpną vaivorykštės mėlynos aureolės efektą mėlynos-UV spektre, kurį mato kamanės. Tačiau kodėl tie dryžiai susidaro tik tam tikrose gėlėse ar net tik tam tikrose žiedlapių vietose, nebuvo suprasta.
Edwige'as Moyroudas, pradėjęs šį tyrimą profesoriaus Gloverio laboratorijoje ir dabar vadovaujantis savo tyrimų grupei Sainsbury laboratorijoje, sukūrė Australijos vietinį hibiską, Venecijos dedešvą (Hibiscus trionum), kaip naują pavyzdinę rūšį, siekdamas suprasti, kaip ir kada. šios nanostruktūros vystosi.
"Mūsų pradinis modelis numatė, kad tai, kiek ląstelių auga ir kiek odelių tos ląstelės sudaro, buvo pagrindiniai veiksniai, kontroliuojantys ruoželių susidarymą", - sakė dr. Moyroud, "tačiau kai pradėjome bandyti modelį naudodami eksperimentinis darbas Venecijos dedešvoje išsiaiškinome, kad jų formavimasis taip pat labai priklauso nuo odelių chemijos, kuri įtakoja, kaip odelė reaguoja į jėgas, sukeliančias sulinkimą.
„Kitas klausimas, kurį norime ištirti, yra tai, kaip skirtingos cheminės medžiagos gali pakeisti odelės, kaip nanostruktūrą kuriančios medžiagos, mechanines savybes. Gali būti, kad dėl skirtingos cheminės sudėties odelė skiriasi architektūra arba skirtingu standumu, taigi ir skirtingais būdais reaguoti į jėgas, kurias patiria ląstelės augant žiedlapiui.
Šis projektas atskleidė, kad yra procesų derinys, veikiantis kartu ir leidžiantis augalams formuoti savo paviršių. Dr. Moyroud pridūrė: „Augalai yra nuostabūs chemikai, ir šie rezultatai parodo, kaip jie gali tiksliai sureguliuoti savo odelių chemiją, kad žiedlapiuose susidarytų skirtinga tekstūra. Mikroskopiniu mastu susidarę modeliai gali atlikti įvairias funkcijas: nuo bendravimo su apdulkintojais iki gynybos nuo žolėdžių ar patogenų.
„Jie yra ryškūs evoliucinės diversifikacijos pavyzdžiai ir, derindami eksperimentus ir skaičiavimo modeliavimą, pradedame šiek tiek geriau suprasti, kaip augalai gali juos pagaminti.
Išvados bus paskelbtos m "Current Biology".
„Šios įžvalgos taip pat naudingos biologinei įvairovei ir konservavimo darbai nes jie padeda paaiškinti, kaip augalai sąveikauja su aplinka“, – sakė profesorius Gloveris, kuris taip pat yra Kembridžo universiteto botanikos sodo, kuriame tyrėjai pirmą kartą pastebėjo vaivorykštės Venecijos dedešvos žiedus, direktorius.
„Pavyzdžiui, rūšys, kurios yra glaudžiai susijusios, bet auga skirtinguose geografiniuose regionuose, gali turėti labai skirtingus žiedlapių raštus. Supratimas, kodėl žiedlapių dažymas skiriasi ir kaip tai gali turėti įtakos augalų ir jų apdulkintojų santykiams, gali padėti geriau informuoti apie būsimą aplinkos sistemų valdymą ir biologinės įvairovės išsaugojimą.
Tiriama, kas lemia 3D žiedlapių modeliavimą
Tyrėjai ėmėsi laipsniško požiūrio į tyrimus. Pirmiausia jie stebėjo žiedlapių vystymąsi ir pastebėjo, kad odelių raštai atsiranda, kai ląstelės pailgėja, o tai rodo, kad augimas buvo svarbus. Tada jie nustatė, ar matuojant su augimu susijusius fizinius parametrus, tokius kaip ląstelių išsiplėtimas ir odelių storis, galima tinkamai numatyti pastebėtus modelius, ir nustatė, kad jie negali. Tada jie žengė žingsnį atgal, bandydami nustatyti, ko trūksta.
Medžiagos, ar neorganinės, ar pagamintos iš gyvų ląstelių, tokių kaip odelė, savybės greičiausiai priklausys nuo šios medžiagos cheminės prigimties. Atsižvelgdami į tai, mokslininkai nusprendė pažvelgti į odelių chemiją ir nustatė, kad tai iš tikrųjų yra kontroliuojantis veiksnys. Norėdami tai padaryti, jie pirmą kartą panaudojo naują metodą iš chemijos srities, kad išanalizuoti odelės sudėtį labai specifiniuose žiedlapio taškuose. Tai parodė, kad kontrastingos tekstūros (lygios arba dryžuotos) žiedlapių sritys taip pat skiriasi savo paviršiaus chemine sudėtimi.
Lyginant su lygia odele, jie nustatė, kad dryžuotoje odoje yra daug dihidroksipalmitino rūgšties ir vaškų bei mažai fenolio junginių. Norėdami patikrinti, ar odelių chemija iš tiesų yra svarbi, jie pradėjo naudoti transgeninį Hibiscus metodą, skirtą tiesiogiai augaluose pakeisti odelių chemiją, naudodami genus, panašius į tuos, kurie kontroliuoja odelių molekulių gamybą kitame modelio augale Arabidopsis.
Tai parodė, kad odelių tekstūrą galima pakeisti nekeičiant ląstelių augimo, tiesiog keičiant odelių sudėtį. Kaip odelių chemija gali kontroliuoti jos 3D lankstymą? Tyrėjai mano, kad odelės pasikeitimas chemija turi įtakos mechaninėms odelės savybėms, nes net ir ištempus specialiu prietaisu, transgeniniai žiedlapiai su lygia odele išliko lygūs, skirtingai nei laukinių augalų žiedlapiai.