კემბრიჯის მკვლევარებმა აჩვენეს, რომ მცენარეებს შეუძლიათ დაარეგულირონ თავიანთი ფურცლების ზედაპირის ქიმიური შემადგენლობა, რათა შექმნან ფუტკრებისთვის თვალსაჩინო სიგნალები.
მიუხედავად იმისა, რომ ყვავილების უმეტესობა აწარმოებს პიგმენტებს, რომლებიც ფერადად გამოიყურება და დამბინძურებლების ვიზუალური მინიშნებაა, ზოგიერთი ყვავილი ასევე ქმნის მიკროსკოპულ სამგანზომილებიან ნიმუშებს მათი ფოთლების ზედაპირებზე. ეს პარალელური ზოლები ასახავს სინათლის გარკვეულ ტალღის სიგრძეს, რათა წარმოქმნას მოლურჯო ოპტიკური ეფექტი, რომელიც ყოველთვის არ ჩანს ადამიანის თვალისთვის, მაგრამ ხილული ფუტკარისთვის.
არსებობს უამრავი კონკურენცია დამბინძურებლების მხრიდან ყურადღებისთვის და - იმის გათვალისწინებით, რომ მსოფლიო კულტურების 35% ცხოველურ დამბინძურებლებს ეყრდნობა - იმის გაგება, თუ როგორ ქმნიან მცენარეები დამბინძურებლებს სასიამოვნო ფურცლების ნიმუშებს, შეიძლება მნიშვნელოვანი იყოს სოფლის მეურნეობის, ბიომრავალფეროვნებისა და კონსერვაციის სფეროში მომავალი კვლევებისა და პოლიტიკის წარმართვისთვის.
კემბრიჯის მცენარეთა მეცნიერებათა დეპარტამენტის პროფესორ ბევერლი გლოვერის გუნდის მიერ ჩატარებულმა კვლევამ აჩვენა, რომ ფურცლების ფორმირებაში უფრო მეტია, ვიდრე ერთი შეხედვით ჩანს. წინა შედეგებმა აჩვენა, რომ თხელი, დამცავი მექანიკური კუმშვა კუტიკულა ახალგაზრდა მზარდი ფურცლების ზედაპირზე ფენამ შეიძლება გამოიწვიოს მიკროსკოპული ქედების წარმოქმნა.
ეს ნახევრად მოწესრიგებული ქედები მოქმედებენ როგორც დიფრაქციული ბადეები, რომლებიც ასახავს სინათლის სხვადასხვა ტალღის სიგრძეს, რათა შექმნან სუსტი მოლურჯო ლურჯი-ჰალო ეფექტი ლურჯ-ულტრაიისფერ სპექტრში, რომელსაც ბუმბერაზი ხედავენ. თუმცა, რატომ ყალიბდება ეს ზოლები მხოლოდ გარკვეულ ყვავილებში ან თუნდაც მხოლოდ ფურცლების გარკვეულ ნაწილებზე, არ იყო გასაგები.
Edwige Moyroud, რომელმაც დაიწყო ეს კვლევა პროფესორ გლოვერის ლაბორატორიაში და ახლა ხელმძღვანელობს საკუთარ კვლევით ჯგუფს Sainsbury Laboratory-ში, შეიმუშავა ავსტრალიის მშობლიური ჰიბისკუსი, ვენეციის მელოუ (Hibiscus trionum), როგორც ახალი მოდელის სახეობა, რათა გაიგოს როგორ და როდის. ეს ნანოსტრუქტურები ვითარდება.
„ჩვენმა თავდაპირველმა მოდელმა იწინასწარმეტყველა, რომ უჯრედების რაოდენობა და რამდენ კუტიკულას წარმოქმნიან ეს უჯრედები იყო ძირითადი ფაქტორები, რომლებიც აკონტროლებენ ზოლების ფორმირებას“, - თქვა დოქტორმა მოირუდმა, „მაგრამ როდესაც დავიწყეთ მოდელის ტესტირება. ექსპერიმენტული სამუშაო ვენეციის მელოუში აღმოვაჩინეთ, რომ მათი ფორმირება ასევე დიდად არის დამოკიდებული კუტიკულის ქიმიაზე, რაც გავლენას ახდენს იმაზე, თუ როგორ რეაგირებს კუტიკულა იმ ძალებზე, რომლებიც იწვევენ დაჭიმვას.”
”შემდეგი კითხვა, რომელიც გვინდა გამოვიკვლიოთ, არის ის, თუ როგორ შეუძლია სხვადასხვა ქიმიას შეცვალოს კუტიკულის, როგორც ნანოსტრუქტურის სამშენებლო მასალის მექანიკური თვისებები. შესაძლოა, სხვადასხვა ქიმიურმა შემადგენლობამ გამოიწვიოს კუტიკულა განსხვავებული არქიტექტურით ან განსხვავებული სიმტკიცით და, შესაბამისად, სხვადასხვა გზით რეაგირებს იმ ძალებზე, რომლებსაც უჯრედები განიცდიან ფურცლის ზრდისას.
ამ პროექტმა გამოავლინა, რომ არსებობს პროცესების ერთობლიობა, რომლებიც მუშაობენ ერთად და საშუალებას აძლევს მცენარეებს შექმნან თავიანთი ზედაპირი. დოქტორმა მოირუდმა დაამატა: „მცენარეები შესანიშნავი ქიმიკოსები არიან და ეს შედეგები გვიჩვენებს, თუ როგორ შეუძლიათ ზუსტად დააკონფიგურირონ თავიანთი კუტიკულის ქიმია, რათა წარმოქმნან სხვადასხვა ტექსტურა მათ ფურცლებზე. მიკროსკოპული მასშტაბით ჩამოყალიბებულ შაბლონებს შეუძლიათ შეასრულონ მთელი რიგი ფუნქციები, დამბინძურებლებთან კომუნიკაციიდან დაწყებული ბალახისმჭამელების ან პათოგენებისგან დაცვამდე.
”ისინი ევოლუციური დივერსიფიკაციის თვალსაჩინო მაგალითებია და ექსპერიმენტებისა და გამოთვლითი მოდელირების კომბინაციით ჩვენ ვიწყებთ უკეთესად გავიგოთ, თუ როგორ შეუძლიათ მცენარეებს მათი დამზადება.”
დასკვნები გამოქვეყნდება ქ აქტუალური ბიოლოგიის.
„ეს შეხედულებები ასევე სასარგებლოა ბიომრავალფეროვნებისთვის და კონსერვაციის სამუშაოები რადგან ისინი გვეხმარებიან იმის ახსნაში, თუ როგორ ურთიერთქმედებენ მცენარეები მათ გარემოსთან“, - თქვა პროფესორმა გლოვერმა, რომელიც ასევე არის კემბრიჯის უნივერსიტეტის ბოტანიკური ბაღის დირექტორი, სადაც მკვლევარებმა პირველად შენიშნეს ვენეციის მალალოს მოლურჯო ყვავილები.
მაგალითად, სახეობებს, რომლებიც მჭიდრო კავშირშია, მაგრამ იზრდება სხვადასხვა გეოგრაფიულ რეგიონში, შეიძლება ჰქონდეთ ძალიან განსხვავებული ფურცლების ნიმუში. იმის გაგება, თუ რატომ იცვლება ფურცლების გაფორმება და როგორ შეიძლება ამან გავლენა მოახდინოს მცენარეებსა და მათ დამბინძურებლებს შორის ურთიერთობაზე, შეიძლება დაეხმაროს უკეთესად ინფორმირებას პოლიტიკის შესახებ მომავალი მენეჯმენტისა და ბიომრავალფეროვნების კონსერვაციის შესახებ.
გამოკვლევა, თუ რა ამოძრავებს 3D ფურცლების ფორმირებას
მკვლევარებმა ეტაპობრივი მიდგომა მიიღეს გამოკვლევებთან. მათ პირველად დააკვირდნენ ფურცლების განვითარებას და შენიშნეს, რომ კუტიკულის შაბლონები ჩნდება უჯრედების გახანგრძლივების დროს, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ ზრდა მნიშვნელოვანი იყო. შემდეგ მათ დაადგინეს, შეეძლო თუ არა ზრდასთან დაკავშირებული ფიზიკური პარამეტრების გაზომვა, როგორიცაა უჯრედის გაფართოება და კუტიკულის სისქე, ადეკვატურად იწინასწარმეტყველა დაკვირვებული შაბლონები და დაადგინეს, რომ მათ არ შეეძლოთ. შემდეგ მათ უკან გადადგნენ, რათა დაედგინათ რა აკლია.
მასალის თვისებები, იქნება ეს არაორგანული თუ წარმოებული ცოცხალი უჯრედების მიერ, როგორიცაა კუტიკულა, სავარაუდოდ დამოკიდებული იქნება ამ მასალის ქიმიურ ბუნებაზე. ამის გათვალისწინებით, მკვლევარებმა გადაწყვიტეს შეესწავლათ კუტიკულის ქიმია და აღმოაჩინეს, რომ ეს მართლაც მაკონტროლებელი ფაქტორია. ამისათვის მათ პირველად გამოიყენეს ახალი მეთოდი ქიმიის სფეროდან, რათა გაეანალიზებინათ კუტიკულის შემადგენლობა ფურცლის ძალიან კონკრეტულ წერტილებში. ამან აჩვენა, რომ ფურცლების უბნები კონტრასტული ტექსტურით (გლუვი ან განივზოლიანი) ასევე განსხვავდება მათი ზედაპირის ქიმიით.
გლუვ კუტიკულასთან შედარებით, მათ აღმოაჩინეს, რომ განივზოლიანი კუტიკულა აქვს დიჰიდროქსი-პალმიტის მჟავას და ცვილების მაღალი დონე და ფენოლური ნაერთების დაბალი დონე. იმის შესამოწმებლად, იყო თუ არა კუტიკულის ქიმია მართლაც მნიშვნელოვანი, მათ შემდეგ წამოიწყეს ტრანსგენური მიდგომა ჰიბისკუსში, რათა შეცვალონ კუტიკულის ქიმია უშუალოდ მცენარეებში, გამოიყენეს ისეთი გენები, როგორიც ცნობილია, რომ აკონტროლებს კუტიკულის მოლეკულების წარმოებას სხვა მოდელის მცენარეში, Arabidopsis.
ამან აჩვენა, რომ კუტიკულის ტექსტურა შეიძლება შეიცვალოს უჯრედების ზრდის გარეშე, უბრალოდ კუტიკულის შემადგენლობის შეცვლით. როგორ აკონტროლებს კუტიკულის ქიმიას მისი 3D დაკეცვა? მკვლევარები ფიქრობენ, რომ კუტიკულის ცვლილება ქიმია გავლენას ახდენს კუტიკულის მექანიკურ თვისებებზე, რადგან სპეციალური მოწყობილობის გამოყენებით დაჭიმვის დროსაც კი, ტრანსგენური ფურცლები გლუვი კუტიკულით რჩება გლუვი, განსხვავებით ველური ტიპის მცენარეებისგან.