Istraživači s Cambridgea su pokazali da biljke mogu regulirati hemiju površine svojih latica kako bi stvorile preljevne signale vidljive pčelama.
Dok većina cvijeća proizvodi pigmente koji izgledaju šareno i djeluju kao vizualni znak oprašivačima, neki cvjetovi također stvaraju mikroskopske trodimenzionalne uzorke na površini svojih latica. Ove paralelne pruge reflektuju određene talasne dužine svetlosti da bi proizvele iridescentni optički efekat koji nije uvek vidljiv ljudskim očima, ali je vidljiv pčelama.
Postoji velika konkurencija za pažnju oprašivača i – s obzirom na to da se 35% svjetskih usjeva oslanja na životinjske oprašivače – razumijevanje kako biljke prave šare latica koje zadovoljavaju oprašivače moglo bi biti značajno za usmjeravanje budućih istraživanja i politika u poljoprivredi, biodiverzitetu i očuvanju.
Istraživanje koje je vodio tim profesora Beverley Glover na Kembridžovom Odsjeku za nauku o biljkama otkrilo je da šara latica ima više nego što se na prvi pogled čini. Prethodni rezultati su pokazali da je mehaničko izvijanje tanko, zaštitno kutikula sloj na površini mladih latica u rastu mogao bi izazvati stvaranje mikroskopskih grebena.
Ovi polu-uređeni grebeni deluju kao difrakcione rešetke koje reflektuju različite talasne dužine svetlosti kako bi stvorili slab iridescentni plavi halo efekat u plavom UV spektru koji bumbari mogu da vide. Međutim, nije se razumjelo zašto se te pruge formiraju samo na određenim cvjetovima ili čak samo na određenim dijelovima latica.
Edwige Moyroud, koja je započela ovo istraživanje u laboratoriji profesora Glovera, a sada vodi svoju istraživačku grupu u laboratoriji Sainsbury, razvila je australski autohtoni hibiskus, venecijanski sljez (Hibiscus trionum), kao novu modelnu vrstu kako bi pokušala razumjeti kako i kada ove nanostrukture se razvijaju.
„Naš početni model je predvidio da su koliko ćelije rastu i koliko zanoktice te ćelije prave ključni faktori koji kontrolišu formiranje pruga“, rekao je dr. Moyroud, „ali kada smo počeli da testiramo model koristeći eksperimentalni rad u venecijanskom sljezu smo otkrili da njihovo formiranje također u velikoj mjeri ovisi o hemiji zanoktice, koja utječe na to kako kutikula reagira na sile koje uzrokuju izvijanje.”
“Sljedeće pitanje koje želimo istražiti je kako različite kemije mogu promijeniti mehanička svojstva kutikule, kao materijala za izgradnju nanostrukture. Može biti da različiti hemijski sastavi rezultiraju kutikulom različite arhitekture ili različite krutosti, a time i različitim načinima reagovanja na sile koje doživljavaju ćelije dok latica raste.”
Ovaj projekat je otkrio da postoji kombinacija procesa koji rade zajedno i omogućavaju biljkama da oblikuju svoje površine. Doktor Moyroud je dodao: „Biljke su sjajni hemičari i ovi rezultati ilustruju kako mogu precizno podesiti hemiju svoje zanoktice kako bi proizveli različite teksture na svojim laticama. Obrasci formirani u mikroskopskoj skali mogu ispuniti niz funkcija, od komunikacije s oprašivačima do obrane od biljojeda ili patogena.”
“Oni su upečatljivi primjeri evolucijske diverzifikacije i kombinacijom eksperimenata i računskog modeliranja počinjemo malo bolje razumjeti kako ih biljke mogu proizvesti.”
Nalazi će biti objavljeni u Current Biology.
„Ovi uvidi su korisni i za biodiverzitet i konzervatorski radovi jer pomažu da se objasni način na koji biljke stupaju u interakciju sa svojom okolinom”, rekao je profesor Glover, koji je i direktor Botaničke bašte Univerziteta Cambridge, u kojoj su istraživači prvi put primijetili prelive cvjetove venecijanskog sljeza.
„Na primjer, vrste koje su blisko povezane, ali koje rastu u različitim geografskim regijama, mogu imati vrlo različite uzorke latica. Razumijevanje zašto se šaranje latica razlikuje i kako to može utjecati na odnos između biljaka i njihovih oprašivača moglo bi pomoći u boljem informiranju politika u budućem upravljanju ekološkim sistemima i očuvanju biodiverziteta.”
Istraživanje šta pokreće 3D šaranje latica
Istraživači su postupno pristupili istraživanjima. Prvo su promatrali razvoj latica i primijetili da se obrasci zanoktice pojavljuju kada se stanice izdužuju, što sugerira da je rast važan. Zatim su utvrdili da li mjerenje fizičkih parametara vezanih za rast, kao što su proširenje ćelija i debljina zanoktice, može adekvatno predvidjeti uočene obrasce, i otkrili da ne mogu. Zatim su napravili korak unazad da pokušaju da identifikuju šta nedostaje.
Svojstva materijala, bilo da su neorganski ili proizvedeni od živih ćelija poput kutikule, vjerovatno će ovisiti o kemijskoj prirodi ovog materijala. Imajući to na umu, istraživači su odlučili da pogledaju hemiju zanoktice i otkrili da je to, zaista, kontrolni faktor. Da bi to uradili, prvo su koristili novu metodu iz oblasti hemije za analizu sastava kutikule na vrlo specifičnim tačkama preko latice. Ovo je pokazalo da se regije latica s kontrastnom teksturom (glatke ili prugaste) također razlikuju po hemiji svoje površine.
U poređenju sa glatkom kutikulom, otkrili su da prugasta zanoktica ima visok nivo dihidroksi-palmitinske kiseline i voskova i nizak nivo fenolnih jedinjenja. Kako bi provjerili je li kemija zanoktice zaista važna, oni su tada u Hibiskusu uveli transgeni pristup za promjenu kemije zanoktice direktno u biljkama, koristeći gene slične onima za koje se zna da kontroliraju proizvodnju molekula zanoktice u drugoj modelnoj biljci, Arabidopsis.
Ovo je pokazalo da se tekstura zanoktice može modificirati, bez promjene rasta stanica, jednostavnom modifikacijom sastava zanoktice. Kako hemija zanoktice može kontrolisati njeno 3D savijanje? Istraživači misle da je to promjena u kutikuli hemija utiče na mehanička svojstva kutikule jer su, čak i kada su rastegnute posebnim uređajem, transgene latice sa glatkom kutikulom ostale glatke, za razliku od biljaka divljeg tipa.