Сила цветов: как привлечь внимание в мире растений
Некоторые растения используют необычные механизмы для привлечения опылителей. Уникальное сотрудничество ботаников и физиков раскрывает всю сложность "ботанической рекламы".
Растения, зависящие от насекомых и других животных-опылителей, применяют сложные механизмы, чтобы выделиться. Это не просто вопрос аромата, цвета и сладкого нектара.
Исследовательский проект под руководством ботаника доктора Беверли Гловер и физика профессора Ульриха Штайнера, финансируемый Leverhulme Trust, изучает, как растения сигнализируют опылителям не только с помощью пигментов, но и через структурные механизмы. Результаты имеют важное значение для продуктивности сельскохозяйственных культур.
Невидимые для человека уловки
"Ботаники давно знают, что у растений много уловок для привлечения опылителей, но не все они видны человеческому глазу, — объясняет Гловер. — Нам нужно смотреть на цветы так, как их видит насекомое, используя сложные оптические инструменты и измеряя отражение ультрафиолета (UV)."
Использование физико-оптического подхода — новое поле. "Современные оптические методы, такие как спектроскопия с высоким пространственным разрешением, позволили нам изучить оптическую функцию поверхностных структур на лепестках и открыть что-то новое о том, как они создают структурную окраску", — отмечает Штайнер.
Что такое структурная окраска?
Структурная окраска — это генерация видимого цвета независимо от химических пигментов за счёт влияния на поведение света. Физическая структура внутри лепестка отражает узкую полосу длин волн света, позволяя всем остальным пройти внутрь, где они поглощаются. Эффект часто даёт более интенсивный и чистый цвет, чем пигмент.
Доктор Сильвия Виньолини, работающая над проектом, охарактеризовала распространённость структурной окраски среди видов цветковых растений. Её недавние результаты показали, что яркий и глянцевый вид лепестков лютика — результат взаимодействия двух чрезвычайно плоских поверхностей в эпидермальном слое. Отражение света гладкой поверхностью клеток и слоем воздуха под эпидермисом эффективно удваивает глянец лепестка и отражает значительное количество UV-света.
Как видят опылители?
Многие опылители, включая пчёл, имеют глаза, чувствительные в UV-области. "Чтобы выделиться на зелёном фоне, некоторые цветы отражают свет на длине волны, лучше всего подходящей для фоторецепторов в глазу опылителя", — объясняет Виньолини.
Например, у некоторых маргариток внешнее кольцо краевых цветков (лепестковидных структур) отражает UV, а внутреннее — нет. Исследователи предполагают, что это может создавать эффект "бычьего глаза", направляя опылителя к центру.
Работа Виньолини также показала, что некоторые растения создают ирридесценцию за счёт упорядоченных бороздок в эпидермисе, которые, подобно дорожкам на CD, создают цвет за счёт интерференции. Примечательно, что шмели могут научиться, что меняющийся цвет — сигнал о "вкусном" цветке, и запомнить этот сигнал даже при виде новых цветов.
Результаты показывают, что ирридесценция эволюционировала несколько раз в царстве цветковых растений и более широко распространена филогенетически, чем считалось ранее.
Зачем это нужно?
Проект направлен на понимание не только физических механизмов структурной окраски на клеточном и генетическом уровнях, но и нюансов реакции опылителей на эти сигналы.
"Знание того, как связаны опылители и растения, важно, потому что мы не знаем, в какой степени эти взаимодействия могут нарушиться с изменением климата, — поясняет Гловер. — Ареалы растений или животных могут сместиться, или их сроки развития могут измениться. Чем больше мы понимаем эти взаимодействия, тем лучше мы подготовлены к разработке стратегий для усиления сигналов, делающих сельскохозяйственные культуры привлекательными для опылителей".