Анатомия цвета цветка

Розы красные, фиалки синие. Все это знают, но что делает их такими? Хотя селекционеры растений были осведомлены о некоторых вовлеченных генах, количественного исследования того, как пигмент окрашивает цветок в красный, синий или желтый, еще не было. Каспер ван дер Куой провел именно такое исследование, объединив биологию и физику.

В статье, опубликованной в Proceedings of the Royal Society B 11 мая, он описывает процесс, в котором клеточные структуры внутри цветков рассеивают свет, а пигменты фильтруют этот обратно рассеянный свет, создавая цвет.

«Мы недавно опубликовали математическую модель, описывающую формирование цвета, и в этой статье применяем ее к ряду растений», — говорит Ван дер Куой. Он также совместил свои находки с информацией о зрительной системе насекомых, раскрыв анатомические уловки, которые растения используют для привлечения насекомых.

Цветкам необходимо быть видимыми для насекомых, поэтому отражение света важно. Тем не менее, измерения и модели Ван дер Куоя показывают, что отражается лишь 20–50% всего света. Остальной проходит сквозь лепестки, придавая им красивый полупрозрачный вид. Но какую пользу это дает растению? «Никакой, насколько нам известно. Большинство лепестков насекомые видят сверху». Это оставляет два возможных объяснения низкому уровню отражения: либо цветки не способны отражать больше света, либо в этом нет дополнительной выгоды.

Вариация

Работа Ван дер Куоя показывает, что существует большое разнообразие в количестве света, рассеиваемого цветками, что заставило его отвергнуть идею о неспособности цветков отражать больше света. «Но мы также знаем, что зрительная система насекомых корректирует различия в интенсивности. Это важная адаптация: она нужна насекомым при перелете из темного леса на солнечный луг. Они выбирают цветки по оттенку и насыщенности цвета, но не по яркости». Таким образом, отражения 50% света достаточно для привлечения насекомых, при условии что отраженный свет имеет отчетливый оттенок благодаря фильтрующему эффекту пигментов.

Однако производить больше пигментов, чем строго необходимо, — тоже не лучшая идея, так как это требует много энергии. Поэтому пигменты организованы в слои для максимального эффекта. «Например, у растений с цветками, растущими близко к земле, таких как герань Роберта, пигменты есть только на верхней стороне лепестков». У других цветков, например маков, пигменты есть с обеих сторон, потому что им нужно приманивать насекомых с двух направлений.

Эволюционные исследования

Ван дер Куой описывает, как концентрация и локализация пигмента в сочетании с внутренней структурой цветка влияют на его цвет. «Мы первые, кто изучил это явление», — говорит он. «Важная причина в том, что я смог работать с биологами и физиками, интересующимися цветом, что довольно необычно в нашей области».

Помимо новизны, что может предложить это исследование? «Эта информация может представлять интерес для селекционеров растений, поскольку мы раскрываем ряд механизмов, влияющих на цвет растений». Более того, модели, созданные и использованные Ван дер Куоем, интересны для эволюционных исследований. «Мы можем помочь объяснить, как разные условия освещения, например лес против луга, приводят к разным способам настройки цвета. Учитывая зрительную систему насекомых, мы можем объяснить, как цветки тонко настраиваются на конкретных опылителей. Это явление уже изучали, но в основном с качественной, а не с количественной точки зрения, как это сделали мы».

Данная статья является частью диссертации Ван дер Куоя, которую он защитил в Университете Гронингена 27 ноября 2015 года. В настоящее время он изучает репродуктивную систему насекомых в Университете Лозанны.