ケンブリッジの研究者は、植物が花弁の表面の化学的性質を調節して、ミツバチに見える虹色の信号を生成できることを示しました。
ほとんどの花は色鮮やかに見える色素を生成し、花粉媒介者の視覚的な手がかりとして機能しますが、一部の花は花びらの表面に微細な三次元パターンを作成します. これらの平行な線条は、特定の波長の光を反射して、人間の目には常に見えるとは限らないが、ミツバチには見える虹色の光学効果を生み出します。
花粉媒介者からの注目を得るために多くの競争があり、世界の作物の 35% が動物の花粉媒介者に依存していることを考えると、植物が花粉媒介者を喜ばせる花弁のパターンをどのように作るかを理解することは、農業、生物多様性、保全における将来の研究と政策を方向付けるために重要である可能性があります。
ケンブリッジ大学植物科学部のビバリー グローバー教授のチームが率いる研究では、花弁の模様には目に見える以上のものがあることが明らかになりました。 以前の結果は、薄い保護層の機械的な座屈を示していました。 キューティクル 若い成長している花びらの表面の層は、微細な尾根の形成を引き起こす可能性があります.
これらの半順序の尾根は、異なる波長の光を反射する回折格子として機能し、マルハナバチが見ることができる青紫外スペクトルに弱い虹色の青いハロー効果を作り出します。 しかし、なぜこれらの縞模様が特定の花にのみ形成されるのか、さらには花びらの特定の部分にのみ形成されるのかは理解されていませんでした.
グローバー教授の研究室でこの研究を開始し、現在はセインズベリー研究所で彼女自身の研究グループを率いる Edwige Moyroud は、オーストラリア原産のハイビスカス、ベニス アオイ科の植物 (Hibiscus trionum) を新しいモデル種として開発し、その方法と時期を理解しようとしました。これらのナノ構造が発達します。
「私たちの最初のモデルでは、細胞がどれだけ成長し、それらの細胞がどれだけのクチクラを作るかが、横紋の形成を制御する重要な要因であると予測していました」と Moyroud 博士は言いました。 実験的な仕事 ベニス アオイ科の植物では、それらの形成がクチクラの化学的性質にも大きく依存していることがわかりました。これは、クチクラが座屈を引き起こす力にどのように反応するかに影響を与えます。」
「私たちが探求したい次の問題は、ナノ構造構築材料として、さまざまな化学物質がキューティクルの機械的特性をどのように変化させることができるかということです. 化学組成が異なると、クチクラの構造や剛性が異なり、花弁が成長するときに細胞が受ける力に反応する方法が異なる可能性があります。」
このプロジェクトは、植物がそれらの表面を形成することを可能にするプロセスの組み合わせがあることを明らかにしました. Moyroud 博士は次のように付け加えています。 顕微鏡スケールで形成されたパターンは、花粉媒介者とのコミュニケーションから草食動物や病原体に対する防御まで、さまざまな機能を果たすことができます。」
「それらは進化的多様化の顕著な例であり、実験と計算モデリングを組み合わせることで、植物がどのようにそれらを製造できるかを少しずつ理解し始めています。」
調査結果は、 現在の生物学.
「これらの洞察は、生物多様性にも役立ちます。 保全作業 植物が環境とどのように相互作用するかを説明するのに役立つからです.
「たとえば、近縁種でも地理的に異なる地域で生育する種は、花びらのパターンが大きく異なる場合があります。 花弁のパターンが変化する理由と、これが植物と受粉媒介者との関係にどのように影響するかを理解することは、将来の環境システムの管理と生物多様性の保全における政策をより適切に知らせるのに役立つ可能性があります。」
花びらの 3D パターニングの原動力の調査
研究者たちは調査に段階的なアプローチを取りました。 彼らは最初に花弁の発達を観察し、細胞が伸長するときにクチクラのパターンが現れることに気付き、成長が重要であることを示唆しました。 次に、細胞の拡大やキューティクルの厚さなど、成長に関連する物理的パラメーターを測定することで、観察されたパターンを適切に予測できるかどうかを判断し、予測できないことを発見しました。 その後、彼らは一歩後退して、何が欠けているのかを特定しようとしました。
無機物であろうと、キューティクルのような生細胞によって生成されようと、材料の特性は、この材料の化学的性質に依存する可能性があります。 これを念頭に置いて、研究者はキューティクルの化学に注目することに決め、実際にこれが制御因子であることを発見しました. これを行うために、彼らは最初に化学分野の新しい方法を使用して、花弁全体の非常に特定のポイントでキューティクルの組成を分析しました。 これは、対照的なテクスチャ(滑らかまたは縞模様)を持つ花びら領域も、それらの表面の化学的性質が異なることを示しました。
滑らかなキューティクルと比較すると、線状のキューティクルにはジヒドロキシパルミチン酸とワックスのレベルが高く、フェノール化合物のレベルが低いことがわかりました。 キューティクルの化学が実際に重要であるかどうかをテストするために、彼らは、別のモデル植物であるシロイヌナズナでキューティクル分子の生成を制御することが知られている遺伝子と同様の遺伝子を使用して、植物のキューティクルの化学を直接変更するトランスジェニックアプローチをハイビスカスで開拓しました。
これは、キューティクルの組成を変更するだけで、細胞の成長を変えることなく、キューティクルのテクスチャーを変更できることを示しました。 キューティクルの化学はどのようにしてその 3D 折り畳みを制御できるのでしょうか? 研究者は、キューティクルの変化を考えています 化学 特別な装置を使用して伸ばしても、野生型植物のものとは異なり、滑らかなキューティクルを持つトランスジェニック花びらは滑らかなままであるため、キューティクルの機械的特性に影響を与えます。