Растения создают оптические устройства для привлечения пчел с помощью химической инженерии

Исследователи из Кембриджа показали, что растения могут регулировать химический состав поверхности лепестков, чтобы создавать переливающиеся сигналы, видимые пчелам.

Некоторые цветы создают микроскопические трехмерные узоры на поверхности лепестков — параллельные бороздки (стриации). Они отражают определенные длины волн света, создавая слабый переливающийся эффект «гало» в сине-УФ-спектре, который видят шмели, но не всегда заметен человеческому глазу.

Понимание того, как растения создают такие узоры, важно, поскольку 35% мировых сельскохозяйственных культур зависят от опылителей.

Что управляет формированием 3D-узоров на лепестках?

Ранее считалось, что узоры возникают из-за механического изгибания (buckling) тонкого защитного слоя кутикулы на растущих лепестках. Однако оставалось неясным, почему стриации формируются только на определенных цветах или частях лепестка.

Исследователи под руководством профессора Беверли Гловер использовали в качестве новой модели вид Hibiscus trionum (гибискус трёхдневный, или «венецианская мальва»).

Ключевые выводы исследования:

• Первоначальная модель предсказывала, что формирование стриаций контролируется ростом клеток и количеством производимой ими кутикулы.
• Эксперименты показали, что решающую роль играет химический состав кутикулы, который влияет на её реакцию на силы, вызывающие изгибание.
• Анализ состава кутикулы в разных зонах лепестка выявил различия: в стрированной кутикуле выше уровень дигидроксипальмитиновой кислоты и восков, но ниже уровень фенольных соединений по сравнению с гладкой.
• С помощью трансгенного подхода в гибискусе ученые изменили химический состав кутикулы, что привело к изменению её текстуры без изменения роста клеток. Это прямо подтвердило роль химии.
• Изменение химии, вероятно, влияет на механические свойства кутикулы: трансгенные лепестки с гладкой кутикулой оставались гладкими даже при растяжении, в отличие от лепестков дикого типа.

Значение работы:

Растения точно настраивают химию своей кутикулы, чтобы создавать различные микротекстуры. Эти узоры выполняют ряд функций: от коммуникации с опылителями до защиты от патогенов. Понимание этих механизмов помогает объяснить, как растения взаимодействуют со средой, и может быть полезно для будущей политики в области сельского хозяйства, биоразнообразия и охраны природы.

Результаты исследования будут опубликованы в журнале Current Biology.