Cambridge'i teadlased on näidanud, et taimed saavad reguleerida oma kroonlehtede pinna keemiat, tekitades mesilastele nähtavaid sillerdavaid signaale.
Kuigi enamik lilli toodab pigmente, mis näivad värvilised ja toimivad tolmeldajatele visuaalse vihjena, loovad mõned lilled oma kroonlehtede pinnale ka mikroskoopilisi kolmemõõtmelisi mustreid. Need paralleelsed triibud peegeldavad teatud valguse lainepikkusi, et tekitada sillerdav optiline efekt, mis pole alati inimese silmadele nähtav, kuid siiski nähtav mesilastele.
Tolmeldajate tähelepanu nimel on suur konkurents ja – arvestades, et 35% maailma põllukultuuridest toetuvad loomsetest tolmeldajatest – võib mõistmine, kuidas taimed loovad tolmeldajatele meelepäraseid kroonlehtede mustreid, olla oluline tulevaste põllumajanduse, bioloogilise mitmekesisuse ja looduskaitsealaste uuringute ja poliitika suunamisel.
Cambridge'i taimeteaduste osakonna professor Beverley Gloveri meeskonna juhitud uuringud näitasid, et kroonlehtede muster on rohkem kui esmapilgul paistab. Varasemad tulemused näitasid, et õhukese, kaitsva kihi mehaaniline paindumine küünenahk kiht noorte kasvavate kroonlehtede pinnal võib vallandada mikroskoopiliste harjade moodustumise.
Need pooljärjestatud servad toimivad difraktsioonivõretena, mis peegeldavad erinevat valguse lainepikkust, et tekitada kimalastele nähtavas sinises UV-spektris nõrga sillerdava sinise halo efekti. Siiski jäi arusaamatuks, miks need triibud tekivad ainult teatud õitel või isegi ainult teatud kroonlehtede osadel.
Edwige Moyroud, kes alustas seda uurimistööd professor Gloveri laboris ja juhib nüüd oma uurimisrühma Sainsbury laboris, on välja töötanud Austraalia loodusliku hibiski, Veneetsia malva (Hibiscus trionum) uue mudelliigina, et püüda mõista, kuidas ja millal. need nanostruktuurid arenevad.
"Meie esialgne mudel ennustas, et see, kui palju rakud kasvavad ja kui palju küünenaha need rakud moodustavad, olid vöötmete moodustumist kontrollivad võtmetegurid," ütles dr Moyroud, "aga kui hakkasime mudelit katsetama eksperimentaalne töö Veneetsias saime teada, et nende teke sõltub suuresti ka küünenaha keemiast, mis mõjutab seda, kuidas küünenahk reageerib paindumist põhjustavatele jõududele.
"Järgmine küsimus, mida tahame uurida, on see, kuidas erinevad kemikaalid võivad muuta küünenaha mehaanilisi omadusi nanostruktuuri ülesehitava materjalina. Võib juhtuda, et erinevad keemilised koostised annavad tulemuseks erineva arhitektuuriga või erineva jäikusega küünenaha ja seega erinevad viisid reageerida jõududele, mida rakud kroonlehe kasvades kogevad.
See projekt näitas, et on olemas kombinatsioon protsessidest, mis töötavad koos ja võimaldavad taimedel oma pindu kujundada. Dr Moyroud lisas: „Taimed on suurepärased keemikud ja need tulemused näitavad, kuidas nad saavad täpselt häälestada oma küünenaha keemiat, et tekitada kroonlehtedele erinevaid tekstuure. Mikroskoopilisel skaalal moodustunud mustrid võivad täita mitmesuguseid funktsioone, alates suhtlemisest tolmeldajatega kuni kaitseni taimtoiduliste või patogeenide eest.
"Need on silmatorkavad näited evolutsioonilisest mitmekesistamisest ning eksperimentide ja arvutusliku modelleerimise kombineerimisega hakkame veidi paremini mõistma, kuidas taimed saavad neid valmistada."
Tulemused avaldatakse aastal Current Biology.
„Need teadmised on kasulikud ka bioloogilise mitmekesisuse ja konserveerimistööd sest need aitavad selgitada, kuidas taimed oma keskkonnaga suhtlevad,” ütles professor Glover, kes on ka Cambridge’i ülikooli botaanikaaia direktor, kus teadlased märkasid esmakordselt Veneetsia malva sillerdavaid õisi.
"Näiteks liigid, mis on tihedalt seotud, kuid mis kasvavad erinevates geograafilistes piirkondades, võivad olla väga erineva kroonlehtede mustriga. Arusaamine, miks kroonlehtede musterdamine on erinev ja kuidas see võib mõjutada taimede ja nende tolmeldajate vahelisi suhteid, võib aidata paremini teavitada keskkonnasüsteemide tulevase haldamise ja bioloogilise mitmekesisuse säilitamise poliitikat.
Uurime, mis juhib kroonlehtede 3D-mustrit
Teadlased lähenesid uurimistele järk-järgult. Esmalt jälgisid nad kroonlehtede arengut ja märkasid, et küünenaha mustrid ilmuvad rakkude pikenemisel, mis viitab sellele, et kasv oli oluline. Seejärel tegid nad kindlaks, kas kasvuga seotud füüsiliste parameetrite, nagu rakkude laienemine ja küünenaha paksus, mõõtmine võib täheldatud mustreid adekvaatselt ennustada, ja leidsid, et nad ei saa seda teha. Seejärel astusid nad sammu tagasi, et teha kindlaks, mis puudu oli.
Materjali omadused, olgu need siis anorgaanilised või elusrakkude, näiteks küünenaha poolt toodetud, sõltuvad tõenäoliselt selle materjali keemilisest olemusest. Seda silmas pidades otsustasid teadlased uurida küünenaha keemiat ja leidsid, et see on tõepoolest kontrolliv tegur. Selleks kasutasid nad esmalt uut keemiavaldkonna meetodit, et analüüsida küünenaha koostist väga kindlates punktides üle kroonlehe. See näitas, et kontrastse tekstuuriga (siledad või triibulised) kroonlehepiirkonnad erinevad ka oma pinna keemia poolest.
Võrreldes sileda küünenahaga leidsid nad, et vöötküünenahas on kõrge dihüdroksüpalmitiinhappe ja vahade sisaldus ning madal fenoolühendite sisaldus. Et testida, kas küünenaha keemia oli tõesti oluline, võtsid nad Hibiscus kasutusele transgeense lähenemisviisi, et muuta küünenaha keemiat otse taimedes, kasutades geene, mis on sarnased nendega, mis teadaolevalt kontrollivad küünenaha molekulide tootmist teises mudelitehases Arabidopsis.
See näitas, et küünenaha tekstuuri saab muuta ilma rakkude kasvu muutmata, lihtsalt küünenaha koostist muutes. Kuidas saab küünenaha keemia kontrollida selle 3D voltimist? Teadlased arvavad, et küünenaha muutus keemia mõjutab küünenaha mehaanilisi omadusi, kuna isegi spetsiaalse seadmega venitades jäid sileda küünenahaga transgeensed kroonlehed siledaks, erinevalt metsikut tüüpi taimede omadest.