Отслеживание пыльцы с помощью квантовых точек

Исследователь опыления из Стелленбошского университета (ЮАР) использует квантовые точки для отслеживания судьбы отдельных пыльцевых зёрен. Это прорыв в области исследований, которая более века страдала от отсутствия универсального метода отслеживания пыльцы.

В статье, опубликованной на этой неделе в журнале Methods in Ecology and Evolution, доктор Корнейл Миннар описывает этот новый метод. Он позволит биологам проследить весь процесс опыления — от первого визита опылителя до конечной точки, будь то успешный перенос на рыльце другого цветка или потеря по пути.

Несмотря на более чем двухсотлетние детальные исследования опыления, учёные достоверно не знают, куда попадает большинство микроскопически крошечных пыльцевых зёрен после того, как они покидают цветок. Растения производят огромное количество пыльцы, но похоже, что более 90% её никогда не достигает рылец. Для крошечной доли зёрен, которые всё же попадают на рыльца, путь часто остаётся неясным — какие опылители перенесли зёрна и откуда?

Начиная с 2015 года, Миннар решил пойти туда, где многие другие до сих пор терпели неудачу, и взялся за эту задачу в рамках своей докторской диссертации на кафедре ботаники и зоологии Стелленбошского университета.

Большинство видов растений на Земле зависят от насекомых-опылителей, включая более 30% пищевых культур. Поскольку насекомые переживают стремительный глобальный спад, крайне важно понимать, какие насекомые являются важными опылителями для разных растений — а это начинается с отслеживания пыльцы.

Идея метода пришла ему после прочтения статьи об использовании квантовых точек для отслеживания раковых клеток у крыс. Квантовые точки — это полупроводниковые нанокристаллы, настолько маленькие, что ведут себя как искусственные атомы. При воздействии УФ-света они излучают чрезвычайно яркий свет в диапазоне возможных цветов. В случае пыльцевых зёрен он понял, что квантовые точки с «жиро-любящими» (липофильными) лигандами теоретически будут прилипать к жировому внешнему слою пыльцевых зёрен, называемому пыльцевой смазкой (pollenkitt). Затем светящиеся цвета квантовых точек можно использовать для уникальной «маркировки» пыльцевых зёрен, чтобы увидеть, где они оказываются.

Следующим шагом было найти экономически эффективный способ увидеть флуоресцирующие пыльцевые зёрна под полевым бинокулярным микроскопом. На том этапе Миннар всё ещё использовал игрушечную ручку из семейного ресторана с маленькой УФ-светодиодной лампой, которую он одолжил у одного из своих профессоров.

Он решил сконструировать флуоресцентную камеру, которую можно разместить под бинокулярным микроскопом. И, поскольку он хотел, чтобы люди использовали этот метод, он спроектировал коробку, которую можно легко напечатать на 3D-принтере, по стоимости около 5000 южноафриканских рандов, включая необходимые электронные компоненты.

На сегодняшний день метод и камера возбуждения доказали свою эффективность как простой и относительно недорогой способ отслеживания отдельных пыльцевых зёрен. Миннар проводил исследования, где ловил насекомых после их посещения растения с помеченными квантовыми точками пыльниками, и можно было увидеть, где размещается пыльца и какие насекомые переносят больше или меньше пыльцы.

Однако часть работы после маркировки по-прежнему требует многих часов кропотливого подсчёта и проверки. За последние три года Миннар, вероятно, подсчитал более ста тысяч пыльцевых зёрен.

Будучи постдокторантом в исследовательской группе профессора Брюса Андерсона на кафедре ботаники и зоологии Стелленбошского университета, Миннар продолжит использовать этот метод для изучения множества нерешённых вопросов в этой области.