นักวิจัยของเคมบริดจ์ได้แสดงให้เห็นว่าพืชสามารถควบคุมคุณสมบัติทางเคมีของพื้นผิวกลีบดอกเพื่อสร้างสัญญาณสีรุ้งที่ผึ้งมองเห็นได้
แม้ว่าดอกไม้ส่วนใหญ่จะสร้างเม็ดสีที่มีสีสันสดใสและทำหน้าที่เป็นตัวชี้นำแมลงผสมเกสร แต่ดอกไม้บางชนิดยังสร้างลวดลายสามมิติด้วยกล้องจุลทรรศน์บนพื้นผิวกลีบดอกอีกด้วย แถบเส้นคู่ขนานเหล่านี้สะท้อนความยาวคลื่นของแสงเพื่อสร้างเอฟเฟกต์แสงสีรุ้งที่ตามนุษย์ไม่สามารถมองเห็นได้เสมอไป แต่ผึ้งยังมองเห็นได้
มีการแข่งขันมากมายเพื่อแย่งชิงความสนใจจากแมลงผสมเกสร และเนื่องจากพืชผล 35% ของโลกอาศัยแมลงผสมเกสรในสัตว์ การทำความเข้าใจว่าพืชสร้างรูปแบบกลีบดอกไม้ที่แมลงผสมเกสรชื่นชอบได้อย่างไร อาจมีความสำคัญต่อการกำหนดทิศทางการวิจัยและนโยบายด้านการเกษตร ความหลากหลายทางชีวภาพ และการอนุรักษ์ในอนาคต
การวิจัยที่นำโดยทีมของศาสตราจารย์เบเวอร์ลีย์ โกลเวอร์ จากภาควิชาพืชศาสตร์แห่งเคมบริดจ์ เปิดเผยว่า การจัดรูปแบบกลีบดอกไม้มีอะไรมากกว่าที่เห็น ผลลัพธ์ก่อนหน้านี้ระบุว่าการโก่งงอทางกลของการป้องกันแบบบาง หนังกำพร้า ชั้นบนพื้นผิวของกลีบดอกที่กำลังเติบโตอาจทำให้เกิดการก่อตัวของสันเขาขนาดเล็ก
แนวสันกึ่งสั่งเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นตะแกรงกระจายแสงที่สะท้อนความยาวคลื่นของแสงที่แตกต่างกัน เพื่อสร้างเอฟเฟกต์รัศมีสีน้ำเงินอ่อนสีรุ้งในสเปกตรัมรังสียูวีสีน้ำเงินที่แมลงภู่มองเห็นได้ อย่างไรก็ตาม ทำไมลายเหล่านั้นจึงก่อตัวขึ้นในดอกไม้บางชนิดหรือแม้แต่เฉพาะในบางส่วนของกลีบดอกเท่านั้นจึงไม่เป็นที่เข้าใจ
Edwige Moyroud ผู้เริ่มต้นงานวิจัยนี้ในห้องทดลองของศาสตราจารย์ Glover และปัจจุบันเป็นหัวหน้ากลุ่มวิจัยของเธอเองที่ Sainsbury Laboratory ได้พัฒนาชบาพันธุ์พื้นเมืองของออสเตรเลีย เวนิสแมลโลว์ (Hibiscus trionum) เป็นสายพันธุ์ใหม่เพื่อพยายามทำความเข้าใจว่าเมื่อใดและอย่างไร โครงสร้างนาโนเหล่านี้พัฒนาขึ้น
“แบบจำลองเริ่มต้นของเราทำนายว่าเซลล์เติบโตมากน้อยเพียงใด และเซลล์เหล่านั้นผลิตหนังกำพร้าได้มากน้อยเพียงใด เป็นปัจจัยสำคัญที่ควบคุมการก่อตัวของเส้นริ้ว” ดร. มอยรูด์กล่าว “แต่เมื่อเราเริ่มทดสอบแบบจำลองโดยใช้ งานทดลอง ในเมืองเวนิส เราพบว่าการก่อตัวของมันขึ้นอยู่กับเคมีของหนังกำพร้าเป็นอย่างมาก ซึ่งส่งผลต่อวิธีที่หนังกำพร้าตอบสนองต่อแรงที่ทำให้เกิดการโก่งงอ”
“คำถามต่อไปที่เราต้องการสำรวจก็คือว่าเคมีต่างๆ สามารถเปลี่ยนคุณสมบัติเชิงกลของหนังกำพร้าในฐานะวัสดุสร้างโครงสร้างนาโนได้อย่างไร อาจเป็นไปได้ว่าองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกันส่งผลให้หนังกำพร้ามีโครงสร้างที่แตกต่างกันหรือมีความแข็งต่างกัน ดังนั้นวิธีการตอบสนองต่อแรงที่เซลล์ได้รับเมื่อกลีบดอกเติบโตขึ้นจึงต่างกัน”
โครงการนี้แสดงให้เห็นว่ามีการผสมผสานของกระบวนการทำงานร่วมกันและทำให้พืชสามารถกำหนดรูปร่างพื้นผิวได้ ดร. มอยรูด์กล่าวเสริมว่า “พืชเป็นนักเคมีที่น่าเกรงขาม และผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่าพวกมันสามารถปรับเคมีของหนังกำพร้าได้อย่างแม่นยำเพื่อสร้างพื้นผิวที่แตกต่างกันทั่วทั้งกลีบได้อย่างไร รูปแบบที่เกิดขึ้นในระดับจุลทรรศน์สามารถทำหน้าที่ได้หลายอย่างตั้งแต่การสื่อสารกับแมลงผสมเกสรไปจนถึงการป้องกันสัตว์กินพืชหรือเชื้อโรค”
"พวกมันเป็นตัวอย่างที่โดดเด่นของความหลากหลายทางวิวัฒนาการ และด้วยการผสมผสานการทดลองและการสร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ เราจึงเริ่มเข้าใจดีขึ้นเล็กน้อยว่าพืชสามารถสร้างพวกมันขึ้นมาได้อย่างไร"
ผลการวิจัยจะได้รับการเผยแพร่ใน ชีววิทยาปัจจุบัน.
“ข้อมูลเชิงลึกเหล่านี้ยังมีประโยชน์ต่อความหลากหลายทางชีวภาพและ งานอนุรักษ์ เพราะพวกมันช่วยอธิบายว่าพืชมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมอย่างไร” ศาสตราจารย์โกลเวอร์ ผู้อำนวยการสวนพฤกษศาสตร์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ กล่าว ซึ่งนักวิจัยได้สังเกตเห็นดอกแมลโลสีรุ้งของเมืองเวนิสเป็นครั้งแรก
“ตัวอย่างเช่น สายพันธุ์ที่เกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิดแต่เติบโตในพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ที่แตกต่างกันอาจมีรูปแบบกลีบดอกที่แตกต่างกันมาก การทำความเข้าใจว่าเหตุใดการตบกลีบดอกไม้จึงแตกต่างกันและสิ่งนี้อาจส่งผลต่อความสัมพันธ์ระหว่างพืชและแมลงผสมเกสรได้อย่างไร ซึ่งจะช่วยให้สามารถกำหนดนโยบายในการจัดการระบบสิ่งแวดล้อมและการอนุรักษ์ความหลากหลายทางชีวภาพในอนาคตได้ดีขึ้น”
การตรวจสอบสิ่งที่ขับเคลื่อนการสร้างลวดลายกลีบดอก 3 มิติ
นักวิจัยใช้วิธีการแบบเป็นขั้นเป็นตอนในการสืบสวน พวกเขาสังเกตพัฒนาการของกลีบดอกเป็นครั้งแรก และสังเกตเห็นว่ารูปแบบหนังกำพร้าปรากฏขึ้นเมื่อเซลล์ยืดตัวขึ้น ซึ่งบ่งบอกว่าการเจริญเติบโตมีความสำคัญ จากนั้นพวกเขาพิจารณาว่าการวัดพารามิเตอร์ทางกายภาพที่เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโต เช่น การขยายตัวของเซลล์และความหนาของหนังกำพร้า สามารถทำนายรูปแบบที่สังเกตได้อย่างเพียงพอหรือไม่ และพบว่าไม่สามารถทำได้ จากนั้นพวกเขาก็ถอยหลังหนึ่งก้าวเพื่อพยายามระบุสิ่งที่ขาดหายไป
คุณสมบัติของวัสดุ ไม่ว่าจะเป็นอนินทรีย์หรือผลิตโดยเซลล์ที่มีชีวิต เช่น หนังกำพร้า มักจะขึ้นอยู่กับลักษณะทางเคมีของวัสดุนี้ เมื่อคำนึงถึงสิ่งนี้ นักวิจัยจึงตัดสินใจพิจารณาเคมีของหนังกำพร้า และพบว่านี่เป็นปัจจัยควบคุม ในการทำเช่นนี้ ก่อนอื่นพวกเขาใช้วิธีการใหม่จากสาขาวิชาเคมีเพื่อวิเคราะห์องค์ประกอบของหนังกำพร้าที่จุดเฉพาะทั่วกลีบดอก สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าบริเวณกลีบดอกที่มีพื้นผิวตัดกัน (เรียบหรือเป็นเส้น) ก็มีความแตกต่างกันในคุณสมบัติทางเคมีของพื้นผิว
เมื่อเปรียบเทียบกับหนังกำพร้าที่เรียบ พวกเขาพบว่าหนังกำพร้าที่มีโครงร่างมีกรดและไขไดไฮดรอกซี-ปาล์มิติกในระดับสูง และมีสารประกอบฟีนอลในระดับต่ำ เพื่อทดสอบว่าเคมีของหนังกำพร้ามีความสำคัญจริงหรือไม่ พวกเขาจึงบุกเบิกวิธีการดัดแปรพันธุกรรมใน Hibiscus เพื่อปรับเปลี่ยนเคมีของหนังกำพร้าโดยตรงในพืช โดยใช้ยีนที่คล้ายกับที่ทราบกันดีว่าควบคุมการผลิตโมเลกุลของหนังกำพร้าในพืชต้นแบบอาราบิดอปซิส (Arabidopsis)
สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าพื้นผิวของหนังกำพร้าสามารถแก้ไขได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนการเจริญเติบโตของเซลล์ เพียงแค่ปรับเปลี่ยนองค์ประกอบของหนังกำพร้า เคมีของหนังกำพร้าสามารถควบคุมการพับแบบ 3 มิติได้อย่างไร นักวิจัยคิดว่าการเปลี่ยนแปลงของหนังกำพร้า เคมี ส่งผลต่อคุณสมบัติเชิงกลของหนังกำพร้า เนื่องจากแม้ยืดออกโดยใช้อุปกรณ์พิเศษ กลีบดัดแปรพันธุกรรมที่มีหนังกำพร้าเรียบยังคงเรียบ ซึ่งแตกต่างจากพืชป่า