Cambridge-navorsers het getoon dat plante die chemie van hul blomblaaroppervlak kan reguleer om iriserende seine te skep wat vir bye sigbaar is.
Terwyl die meeste blomme pigmente produseer wat kleurvol lyk en as 'n visuele aanduiding vir bestuiwers dien, skep sommige blomme ook mikroskopiese driedimensionele patrone op hul blomblareoppervlaktes. Hierdie parallelle strepe weerspieël spesifieke golflengtes van lig om 'n iriserende optiese effek te produseer wat nie altyd sigbaar is vir menslike oë nie, maar tog sigbaar is vir bye.
Daar is baie mededinging om aandag van bestuiwers en – gegewe dat 35% van die wêreld se oeste op dierebestuiwers staatmaak – om te verstaan hoe plante blomblarepatrone maak wat bestuiwers behaag, kan betekenisvol wees om toekomstige navorsing en beleid in landbou, biodiversiteit en bewaring te rig.
Navorsing onder leiding van professor Beverley Glover se span by Cambridge se Departement Plantwetenskappe het aan die lig gebring dat daar meer aan blomblaarpatrone steek as wat ons kan sien. Vorige resultate het aangedui dat meganiese knik van die dun, beskermende kutikula laag op die oppervlak van die jong groeiende blare kan die vorming van mikroskopiese rante veroorsaak.
Hierdie semi-geordende rante dien as diffraksieroosters wat verskillende golflengtes van lig weerkaats om 'n swak iriserende blou-halo-effek te skep in die blou-UV-spektrum wat hommels kan sien. Waarom daardie strepe slegs in sekere blomme of selfs net op sekere dele van die blomblare vorm, is egter nie verstaan nie.
Edwige Moyroud, wat hierdie navorsing in professor Glover se laboratorium begin het en nou haar eie navorsingsgroep by die Sainsbury Laboratorium lei, het die Australiese inheemse hibiskus, Venesiese malva (Hibiscus trionum), as 'n nuwe modelspesie ontwikkel om te probeer verstaan hoe en wanneer hierdie nanostrukture ontwikkel.
"Ons aanvanklike model het voorspel dat hoeveel selle groei en hoeveel kutikula daardie selle maak sleutelfaktore was wat die vorming van strepe beheer," het dr. Moyroud gesê, "maar toe ons die model begin toets het deur gebruik te maak van eksperimentele werk in Venesiese malva het ons uitgevind dat hul vorming ook baie afhanklik is van kutikula-chemie, wat beïnvloed hoe die kutikula reageer op die kragte wat knik veroorsaak.”
“Die volgende vraag wat ons wil ondersoek, is hoe verskillende chemieë die meganiese eienskappe van die kutikula kan verander, as 'n nanostruktuur-boumateriaal. Dit kan wees dat verskillende chemiese samestellings lei tot 'n kutikula met verskillende argitektuur of met verskillende styfheid en dus verskillende maniere om te reageer op die kragte wat deur selle ervaar word soos die blomblaar groei."
Hierdie projek het aan die lig gebring dat daar 'n kombinasie van prosesse is wat saamwerk en plante toelaat om hul oppervlaktes te vorm. Dr. Moyroud het bygevoeg, "Plante is formidabele chemici en hierdie resultate illustreer hoe hulle die chemie van hul kutikula presies kan instel om verskillende teksture oor hul blomblare te produseer. Patrone wat op mikroskopiese skaal gevorm word, kan ’n reeks funksies vervul, van kommunikasie met bestuiwers tot verdediging teen herbivore of patogene.”
"Dit is treffende voorbeelde van evolusionêre diversifikasie en deur eksperimente en berekeningsmodellering te kombineer, begin ons 'n bietjie beter verstaan hoe plante hulle kan vervaardig."
Die bevindinge sal gepubliseer word in Huidige Biologie.
“Hierdie insigte is ook nuttig vir biodiversiteit en bewaringswerk omdat hulle help om te verduidelik hoe plante met hul omgewing omgaan,” sê professor Glover, wat ook direkteur is van die Cambridge University Botanic Garden, waarin die navorsers die eerste keer die iriserende blomme van Venesiese malva opgemerk het.
“Byvoorbeeld, spesies wat nou verwant is, maar wat in verskillende geografiese streke groei, kan baie verskillende blomblarepatrone hê. Om te verstaan waarom blomblare varieer en hoe dit die verhouding tussen die plante en hul bestuiwers kan beïnvloed, kan help om beleid beter in te lig oor toekomstige bestuur van omgewingstelsels en die bewaring van biodiversiteit.”
Ondersoek wat 3D blomblaarpatrone dryf
Die navorsers het 'n stapsgewyse benadering tot die ondersoeke gevolg. Hulle het eers blomblaarontwikkeling waargeneem en opgemerk dat die kutikula-patrone verskyn wanneer selle verleng, wat daarop dui dat groei belangrik is. Hulle het toe vasgestel of die meting van fisiese parameters wat verband hou met groei, soos seluitbreiding en kutikula-dikte, die patrone wat waargeneem is voldoende kan voorspel, en het gevind dat hulle nie kon nie. Hulle het toe ’n tree agteruit gegee om te probeer identifiseer wat vermis is.
Die eienskappe van 'n materiaal, hetsy anorganies of vervaardig deur lewende selle soos die kutikula, sal waarskynlik afhang van die chemiese aard van hierdie materiaal. Met dit in gedagte het die navorsers besluit om na kutikula-chemie te kyk, en gevind dat dit inderdaad 'n beherende faktor is. Om dit te doen, het hulle eers 'n nuwe metode uit die chemieveld gebruik om die samestelling van die kutikula op baie spesifieke punte oor die blomblaar te ontleed. Dit het getoon dat blomblaarstreke met kontrasterende teksture (glad of gestreep) ook verskil in die chemie van hul oppervlak.
In vergelyking met gladde kutikula, het hulle gevind dat die gestreepte kutikula hoë vlakke van dihidroksi-palmitensuur en wasse en lae vlakke van fenoliese verbindings het. Om te toets of kutikula-chemie wel belangrik was, het hulle toe 'n transgeniese benadering in Hibiscus begin om kutikula-chemie direk in die plante te verander, met gene soortgelyk aan dié wat bekend is om die produksie van kutikula-molekules in 'n ander modelplant, Arabidopsis, te beheer.
Dit het getoon dat die tekstuur van die kutikula verander kan word, sonder om selgroei te verander, bloot deur die samestelling van die kutikula te verander. Hoe kan kutikula-chemie sy 3D-vou beheer? Die navorsers dink dat 'n verandering in kutikula chemie beïnvloed die meganiese eienskappe van die kutikula aangesien, selfs wanneer dit met 'n spesiale toestel gestrek is, transgeniese kroonblare met gladde kutikula glad gebly het, anders as dié van wilde-tipe plante.