Os investigadores de Cambridge demostraron que as plantas poden regular a química da superficie dos seus pétalos para crear sinais iridiscentes visibles para as abellas.
Aínda que a maioría das flores producen pigmentos que parecen coloridos e actúan como un indicio visual para os polinizadores, algunhas flores tamén crean patróns tridimensionais microscópicos na superficie dos seus pétalos. Estas estrías paralelas reflicten determinadas lonxitudes de onda da luz para producir un efecto óptico iridiscente que non sempre é visible para os ollos humanos, aínda que é visible para as abellas.
Hai moita competencia pola atención dos polinizadores e, dado que o 35% dos cultivos do mundo dependen de polinizadores animais, comprender como as plantas fan patróns de pétalos que agradan aos polinizadores podería ser importante para dirixir futuras investigacións e políticas en agricultura, biodiversidade e conservación.
A investigación dirixida polo equipo da profesora Beverley Glover no Departamento de Ciencias Vexetais de Cambridge revelou que hai máis no patrón de pétalos do que parece. Os resultados anteriores indicaron que o pandeo mecánico do fino, protector cutícula capa na superficie dos novos pétalos en crecemento pode provocar a formación de cristas microscópicas.
Estas cristas semiordenadas actúan como reixas de difracción que reflicten diferentes lonxitudes de onda de luz para crear un débil efecto de halo azul iridiscente no espectro azul-UV que os abejorros poden ver. Non obstante, non se entendeu por que esas estrías só se forman en certas flores ou mesmo só en determinadas partes dos pétalos.
Edwige Moyroud, que comezou esta investigación no laboratorio da profesora Glover e agora dirixe o seu propio grupo de investigación no Laboratorio de Sainsbury, desenvolveu o hibisco nativo de Australia, a malva de Venecia (Hibiscus trionum), como unha nova especie modelo para tentar comprender como e cando. desenvólvense estas nanoestruturas.
"O noso modelo inicial predixo que a cantidade de células que medran e a cantidade de cutícula que forman esas células eran factores clave para controlar a formación de estrías", dixo o doutor Moyroud, "pero cando comezamos a probar o modelo usando traballo experimental en Malva de Venecia descubrimos que a súa formación tamén depende moito da química da cutícula, que afecta a forma en que a cutícula responde ás forzas que provocan o pandeo.
"A seguinte pregunta que queremos explorar é como as diferentes químicas poden cambiar as propiedades mecánicas da cutícula, como material de construción de nanoestruturas. Pode ser que diferentes composicións químicas dean lugar a unha cutícula con diferente arquitectura ou con diferente rixidez e, polo tanto, diferentes formas de reaccionar ás forzas que experimentan as células mentres o pétalo crece.
Este proxecto revelou que existe unha combinación de procesos que traballan xuntos e permiten que as plantas moldeen as súas superficies. O doutor Moyroud engadiu: "As plantas son químicos formidables e estes resultados ilustran como poden afinar con precisión a química da súa cutícula para producir diferentes texturas nos seus pétalos. Os patróns formados a escala microscópica poden cumprir unha serie de funcións, desde a comunicación cos polinizadores ata a defensa contra herbívoros ou patóxenos.
"Son exemplos sorprendentes de diversificación evolutiva e combinando experimentos e modelaxe computacional comezamos a comprender un pouco mellor como as plantas poden fabricalos".
Os resultados serán publicados en Current Biology.
"Estas ideas tamén son útiles para a biodiversidade e labores de conservación porque axudan a explicar como interactúan as plantas co seu medio", dixo o profesor Glover, que tamén é director do Xardín Botánico da Universidade de Cambridge, no que os investigadores notaron por primeira vez as flores iridiscentes da malva de Venecia.
"Por exemplo, as especies que están estreitamente relacionadas pero que crecen en diferentes rexións xeográficas poden ter patróns de pétalos moi diferentes. Entender por que varía o golpeteo dos pétalos e como isto pode afectar a relación entre as plantas e os seus polinizadores podería axudar a informar mellor as políticas na xestión futura dos sistemas ambientais e a conservación da biodiversidade.
Investigando o que impulsa o patrón de pétalos 3D
Os investigadores adoptaron un enfoque gradual das investigacións. Primeiro observaron o desenvolvemento dos pétalos e notaron que os patróns da cutícula aparecen cando as células se alongan, o que suxire que o crecemento era importante. Despois determinaron se medir parámetros físicos relacionados co crecemento, como a expansión celular e o grosor da cutícula, podían predecir adecuadamente os patróns observados e descubriron que non podían. Despois deron un paso atrás para tratar de identificar o que faltaba.
As propiedades dun material, xa sexan inorgánicos ou producidos por células vivas como a cutícula, probablemente dependen da natureza química deste material. Con isto en mente, os investigadores decidiron analizar a química da cutícula e descubriron que, de feito, este é un factor de control. Para iso, utilizaron primeiro un novo método do campo da química para analizar a composición da cutícula en puntos moi específicos do pétalo. Isto demostrou que as rexións de pétalos con texturas contrastantes (lisas ou estriadas) tamén difiren na química da súa superficie.
En comparación coa cutícula lisa, descubriron que a cutícula estriada ten altos niveis de ácido dihidroxipalmítico e ceras e baixos niveis de compostos fenólicos. Para probar se a química da cutícula era realmente importante, entón foron pioneiros nun enfoque transxénico en Hibiscus para alterar a química da cutícula directamente nas plantas, utilizando xenes similares aos coñecidos por controlar a produción de moléculas da cutícula nunha planta modelo diferente, Arabidopsis.
Isto demostrou que a textura da cutícula pode modificarse, sen cambiar o crecemento celular, simplemente modificando a composición da cutícula. Como pode a química da cutícula controlar o seu pregamento 3D? Os investigadores pensan que un cambio na cutícula química afecta ás propiedades mecánicas da cutícula xa que, mesmo cando se estira usando un dispositivo especial, os pétalos transxénicos con cutícula lisa permaneceron lisos, a diferenza dos das plantas silvestres.