Истражувачите од Кембриџ покажаа дека растенијата можат да ја регулираат хемијата на површината на нивните ливчиња за да создадат блескави сигнали видливи за пчелите.
Додека повеќето цвеќиња произведуваат пигменти кои изгледаат шарени и делуваат како визуелен знак за опрашувачите, некои цвеќиња исто така создаваат микроскопски тридимензионални обрасци на површините на нивните ливчиња. Овие паралелни ленти рефлектираат одредени бранови должини на светлината за да создадат блескав оптички ефект кој не е секогаш видлив за човечките очи, а сепак видлив за пчелите.
Постои голема конкуренција за внимание од опрашувачите и - со оглед на тоа дека 35% од светските култури се потпираат на животински опрашувачи - разбирањето како растенијата прават обрасци на ливчиња кои ги радуваат опрашувачите може да биде значајно за насочување на идните истражувања и политики во земјоделството, биодиверзитетот и зачувувањето.
Истражувањето предводено од тимот на професорот Беверли Гловер од Катедрата за растителни науки во Кембриџ откри дека во шаблонот на ливчиња има повеќе отколку што се гледа. Претходните резултати покажаа дека механичкото свиткување на тенкото, заштитно кутикула слој на површината на младите растечки ливчиња може да предизвика формирање на микроскопски гребени.
Овие полуредени гребени делуваат како дифракциони решетки кои рефлектираат различни бранови должини на светлината за да создадат слаб сино-ореол ефект во сино-УВ спектарот што бумбарите можат да го видат. Меѓутоа, не беше разбрано зошто тие ленти се формираат само кај одредени цвеќиња или дури и само на одредени делови од ливчињата.
Едвиџ Мојроуд, која го започна ова истражување во лабораторијата на професорот Гловер и сега ја води сопствената истражувачка група во лабораторијата Сајнсбери, го разви австралискиот роден хибискус, Венецијанскиот слез (Hibiscus trionum), како нов модел на видот за да се обиде да разбере како и кога овие наноструктури се развиваат.
„Нашиот првичен модел предвиде дека колку клетки растат и колкава кутикула прават тие клетки се клучни фактори кои го контролираат формирањето на стрииции“, рече д-р Мојруд, „но кога почнавме да го тестираме моделот користејќи експериментална работа во венецијанскиот слезов откривме дека нивното формирање е исто така многу зависно од хемијата на кутикулата, која влијае на тоа како кутикулата реагира на силите што предизвикуваат свиткување.
„Следното прашање што сакаме да го истражиме е како различни хемикалии можат да ги променат механичките својства на кутикулата, како градежен материјал за наноструктура. Можеби различни хемиски состави резултираат со кутикула со различна архитектура или со различна вкочанетост и оттука различни начини на реакција на силите што ги доживуваат клетките додека расте ливчето“.
Овој проект откри дека постои комбинација на процеси кои работат заедно и им овозможуваат на растенијата да ги обликуваат нивните површини. Д-р Moyroud додаде: „Растенијата се застрашувачки хемичари и овие резултати илустрираат како тие можат прецизно да ја наместат хемијата на нивната кутикула за да создадат различни текстури низ нивните ливчиња. Моделите формирани во микроскопска скала можат да исполнуваат низа функции, од комуникација со опрашувачите до одбрана од тревопасни животни или патогени.
„Тие се впечатливи примери на еволутивна диверзификација и со комбинирање на експерименти и пресметковно моделирање, почнуваме да разбираме малку подобро како растенијата можат да ги изработат“.
Наодите ќе бидат објавени во Current Biology.
„Овие сознанија се исто така корисни за биолошката разновидност и конзерваторска работа бидејќи тие помагаат да се објасни како растенијата комуницираат со нивната околина“, вели професорот Гловер, кој е и директор на ботаничката градина на Универзитетот Кембриџ, во која истражувачите првпат ги забележале блескавите цветови на венецијанскиот слезов.
„На пример, видовите кои се тесно поврзани, но кои растат во различни географски региони, може да имаат многу различни модели на ливчиња. Разбирањето зошто шарирањето на ливчиња варира и како тоа може да влијае на односот помеѓу растенијата и нивните опрашувачи, може да помогне подобро да се информираат политиките во идното управување со еколошките системи и зачувувањето на биолошката разновидност“.
Истражување на она што го поттикнува 3D шаблонот на ливчиња
Истражувачите презедоа чекор напред кон истражувањата. Тие прво го набљудувале развојот на ливчињата и забележале дека обрасците на кутикулите се појавуваат кога клетките се издолжуваат, што укажува на тоа дека растот е важен. Тие потоа утврдија дали мерењето на физичките параметри поврзани со растот, како што се проширувањето на клетките и дебелината на кутикулата, може соодветно да ги предвиди набљудуваните обрасци и открија дека не можат. Потоа направија чекор наназад за да се обидат да идентификуваат што недостасува.
Својствата на материјалот, без разлика дали се неоргански или произведени од живи клетки како кутикулата, најверојатно ќе зависат од хемиската природа на овој материјал. Имајќи го ова на ум, истражувачите одлучија да ја разгледаат хемијата на кутикулите и открија дека, навистина, ова е контролен фактор. За да го направат ова, тие прво користеа нов метод од полето на хемијата за да го анализираат составот на кутикулата на многу специфични точки низ ливчето. Ова покажа дека областите на ливчиња со контрастна текстура (мазна или напречно-пругаста) исто така се разликуваат во хемијата на нивната површина.
Во споредба со мазната кутикула, тие открија дека напречно-пругастата кутикула има високи нивоа на дихидрокси-палмитинска киселина и восоци и ниски нивоа на фенолни соединенија. За да тестираат дали хемијата на кутикулите е навистина важна, тие потоа започнаа со трансгенски пристап во Хибискус за да ја сменат хемијата на кутикулите директно во растенијата, користејќи гени слични на оние за кои се знае дека го контролираат производството на молекули на кутикулите во различен модел на растение, Arabidopsis.
Ова покажа дека текстурата на кутикулата може да се модифицира, без да се менува растот на клетките, едноставно со модифицирање на составот на кутикулата. Како може хемијата на кутикулите да го контролира нејзиното 3Д преклопување? Истражувачите мислат дека промената на кутикулата хемија влијае на механичките својства на кутикулата бидејќи, дури и кога се растегнуваат со помош на специјален уред, трансгенските ливчиња со мазна кутикула останаа мазни, за разлика од оние од растенија од див тип.