Kronblade producerer en blå glorie, der hjælper bier med at finde blomster

Seneste forskning har fundet ud af, at flere almindelige blomsterarter har nanoskala højderygge på overfladen af ​​deres kronblade, der blander sig med lys, når de ses fra bestemte vinkler.

Disse nanostrukturer spreder lyspartikler i det blå til ultraviolette farvespektrum, genererer en subtil effekt, som videnskabsmænd har døbt den 'blå glorie'.

Ved at fremstille kunstige overflader, der gengiver 'blå glorier', forskere var i stand til at teste effekten på bestøvere, i dette tilfælde fouragerende humlebier. De fandt ud af, at bier kan se den blå glorie, og brug det som et signal til at lokalisere blomster mere effektivt.

Mens kamme og riller på en kronbladoverflade står op ad hinanden "som en pakke tør spaghetti", ved analyse af forskellige blomsterarter opdagede forskerne, at disse striber varierer meget i højden, bredde og mellemrum - alligevel producerer alle en lignende 'blå halo'-effekt.

Faktisk, selv på et enkelt kronblad blev disse lysmanipulerende strukturer fundet at være overraskende uregelmæssige. Dette er et fænomen, fysikere beskriver som 'lidelse'.

Forskerne konkluderer, at disse "rodede" kronbladsnanostrukturer sandsynligvis udviklede sig uafhængigt mange gange på tværs af blomstrende plantearter, men nåede det samme lysende resultat, der øger synligheden for bestøvere - et eksempel på det, der er kendt som 'konvergent evolution'.

Undersøgelsen blev udført af et tværfagligt team af forskere fra University of Cambridges afdelinger for plantevidenskab, kemi og fysik sammen med kolleger fra Royal Botanic Gardens Kew og Adolphe Merkele Institute i Schweiz.

Resultaterne er offentliggjort i dag i tidsskriftet Natur .

"Vi havde altid antaget, at den uorden, vi så i vores kronbladsoverflader, bare var et tilfældigt biprodukt af livet - at blomster ikke kunne gøre det bedre, " sagde seniorforfatter Prof Beverley Glover, planteforsker og direktør for Cambridges botaniske have.

"Det kom som en virkelig overraskelse at opdage, at lidelsen i sig selv er det, der genererer det vigtige optiske signal, der gør det muligt for bier at finde blomsterne mere effektivt."

"Som biolog Jeg synes nogle gange, at jeg undskylder overfor fysikerkolleger for lidelsen i levende organismer - hvor generelt rodet deres udvikling og kropsstrukturer kan virke."

"Imidlertid, den lidelse, vi ser i kronblads nanostrukturer, ser ud til at være blevet udnyttet af evolutionen og ender med at hjælpe blomsterkommunikation med bier, " sagde Glover.

Alle blomstrende planter tilhører slægten 'angiosperm'. Forskere analyserede nogle af de tidligste divergerende planter fra denne gruppe, og fandt ingen halo-producerende kronbladskamme.

Imidlertid, de fandt adskillige eksempler på halo-producerende kronblade blandt de to store blomstergrupper (enkimbladede og eukotiske), der opstod i kridtperioden for over 100 millioner år siden - faldende sammen med den tidlige udvikling af blomsterbesøgende insekter, især nektarsugende bier.

"Vores resultater tyder på, at kronbladsryggene, der producerer 'blå glorier', har udviklet sig mange gange på tværs af forskellige blomsterslægter, alle konvergerer på dette optiske signal for bestøvere, " sagde Glover.

Arter, som holdet fandt ud af at have glorie-producerende kronblade, omfattede Oenothera stricta (en type natlys), Ursinia speciosa (et medlem af Tusindfryd-familien) og Hibiscus trionum (kendt som 'timens blomst').

Alle de analyserede blomster afslørede betydelige niveauer af tilsyneladende 'uorden' i dimensionerne og afstanden mellem deres kronblads nanostrukturer.

"Det enorme udvalg af kronbladsanatomier, kombineret med de uordnede nanostrukturer, vil foreslå, at forskellige blomster skal have forskellige optiske egenskaber, " sagde Dr Silvia Vignolini, fra Cambridge's Department of Chemistry, der ledede undersøgelsens fysikteam.

"Imidlertid, vi observerede, at alle disse kronbladsstrukturer producerer en lignende visuel effekt i det blå-til-ultraviolette bølgelængdeområde af spektret - den blå glorie."

Tidligere undersøgelser har vist, at mange arter af bier har en medfødt præference for farver i det violet-blå område. Imidlertid, planter har ikke altid midlerne til at producere blå pigmenter.

"Mange blomster mangler den genetiske og biokemiske evne til at manipulere pigmentkemi i det blå til ultraviolette spektrum, " sagde Vignolini. "Tilstedeværelsen af ​​disse forstyrrede fotoniske strukturer på deres kronblade giver en alternativ måde at producere signaler på, der tiltrækker insekter."

Forskerne genskabte kunstigt 'blå halo' nanostrukturer og brugte dem som overflader til kunstige blomster. I en "flyvearena" i et laboratorium i Cambridge, de testede, hvordan humlebier reagerede på overflader med og uden glorier.

Deres eksperimenter viste, at bier kan opfatte forskellen, hurtigere at finde overfladerne med glorier - selv når begge typer overflader var farvet med det samme sorte eller gule pigment.

Brug af givende sukkeropløsning i én type kunstig blomst, og bitter kininopløsning i den anden, forskerne fandt ud af, at bier kunne bruge den blå glorie til at finde ud af, hvilken type overflade der havde belønningen.

"Insektvisuelle systemer er forskellige fra menneskelige, " forklarer Edwige Moyroud, fra Cambridges Institut for Plantevidenskab og undersøgelsens hovedforfatter. "I modsætning til os, bier har forbedret fotoreceptoraktivitet i de blå-UV-dele af spektret. "

"Mennesker kan identificere nogle blå glorier - dem, der stammer fra mørkt pigmenterede blomster. For eksempel den 'sorte' tulipankultivar, kendt som 'nattens dronning'."

"Imidlertid, vi kan ikke skelne mellem en gul blomst med en blå glorie og en uden - men vores undersøgelse fandt ud af, at humlebier kan, " hun sagde.

Holdet siger, at resultaterne åbner nye muligheder for udvikling af overflader, der er meget synlige for bestøvere, samt at udforske, hvordan levende planter kontrollerer niveauet af uorden på deres kronbladsoverflader. "Udviklingsbiologien af ​​disse strukturer er et rigtigt mysterium, "tilføjede Glover.