Pesquisadores de Cambridge mostraram que as plantas podem regular a química da superfície de suas pétalas para criar sinais iridescentes visíveis para as abelhas.
Enquanto a maioria das flores produz pigmentos que parecem coloridos e atuam como um sinal visual para os polinizadores, algumas flores também criam padrões tridimensionais microscópicos em suas superfícies de pétalas. Essas estrias paralelas refletem comprimentos de onda específicos da luz para produzir um efeito óptico iridescente que nem sempre é visível aos olhos humanos, mas visível para as abelhas.
Há muita competição pela atenção dos polinizadores e, dado que 35% das colheitas do mundo dependem de animais polinizadores, entender como as plantas produzem padrões de pétalas que agradam aos polinizadores pode ser significativo para direcionar futuras pesquisas e políticas em agricultura, biodiversidade e conservação.
A pesquisa liderada pela equipe do professor Beverley Glover no Departamento de Ciências Vegetais de Cambridge revelou que há mais no padrão de pétalas do que aparenta. Resultados anteriores indicaram que a flambagem mecânica da camada fina e protetora cutícula camada na superfície das pétalas jovens em crescimento pode desencadear a formação de cristas microscópicas.
Essas cristas semiordenadas atuam como grades de difração que refletem diferentes comprimentos de onda de luz para criar um efeito de halo azul iridescente fraco no espectro UV azul que as abelhas podem ver. No entanto, por que essas estrias se formam apenas em certas flores ou mesmo apenas em certas partes das pétalas não foi compreendido.
Edwige Moyroud, que iniciou esta pesquisa no laboratório do professor Glover e agora lidera seu próprio grupo de pesquisa no Sainsbury Laboratory, desenvolveu o hibisco nativo da Austrália, a malva de Veneza (Hibiscus trionum), como uma nova espécie modelo para tentar entender como e quando essas nanoestruturas se desenvolvem.
“Nosso modelo inicial previu que quanto as células crescem e quanta cutícula essas células produzem são fatores-chave que controlam a formação de estrias”, disse o Dr. Moyroud, “mas quando começamos a testar o modelo usando Trabalho experimental na malva de Veneza descobrimos que sua formação também é altamente dependente da química da cutícula, o que afeta como a cutícula responde às forças que causam flambagem.”
“A próxima questão que queremos explorar é como diferentes químicas podem alterar as propriedades mecânicas da cutícula, como um material de construção de nanoestruturas. Pode ser que diferentes composições químicas resultem em uma cutícula com arquitetura diferente ou com rigidez diferente e, portanto, diferentes formas de reagir às forças experimentadas pelas células à medida que a pétala cresce.”
Este projeto revelou que existe uma combinação de processos trabalhando juntos e permitindo que as plantas moldem suas superfícies. O Dr. Moyroud acrescentou: “As plantas são químicas formidáveis e esses resultados ilustram como elas podem ajustar com precisão a química de sua cutícula para produzir diferentes texturas em suas pétalas. Padrões formados em escala microscópica podem cumprir uma série de funções, desde a comunicação com polinizadores até a defesa contra herbívoros ou patógenos”.
“Eles são exemplos marcantes de diversificação evolutiva e, ao combinar experimentos e modelagem computacional, estamos começando a entender um pouco melhor como as plantas podem fabricá-los.”
As conclusões serão publicadas em Current Biology.
“Esses insights também são úteis para a biodiversidade e trabalho de conservação porque ajudam a explicar como as plantas interagem com seu ambiente”, disse o professor Glover, que também é diretor do Jardim Botânico da Universidade de Cambridge, onde os pesquisadores notaram pela primeira vez as flores iridescentes da malva de Veneza.
“Por exemplo, espécies intimamente relacionadas, mas que crescem em diferentes regiões geográficas, podem ter padrões de pétalas muito diferentes. Entender por que o padrão das pétalas varia e como isso pode afetar a relação entre as plantas e seus polinizadores pode ajudar a informar melhor as políticas no futuro gerenciamento de sistemas ambientais e conservação da biodiversidade”.
Investigando o que impulsiona o padrão de pétalas 3D
Os pesquisadores adotaram uma abordagem gradual para as investigações. Eles primeiro observaram o desenvolvimento das pétalas e notaram que os padrões da cutícula aparecem quando as células se alongam, sugerindo que o crescimento era importante. Eles então determinaram se a medição de parâmetros físicos relacionados ao crescimento, como expansão celular e espessura da cutícula, poderia prever adequadamente os padrões observados e descobriram que não. Eles então deram um passo para trás para tentar identificar o que estava faltando.
As propriedades de um material, sejam inorgânicos ou produzidos por células vivas como a cutícula, provavelmente dependem da natureza química desse material. Com isso em mente, os pesquisadores decidiram examinar a química da cutícula e descobriram que, de fato, esse é um fator controlador. Para fazer isso, eles primeiro usaram um novo método do campo da química para analisar a composição da cutícula em pontos muito específicos da pétala. Isso mostrou que regiões de pétalas com texturas contrastantes (lisas ou estriadas) também diferem na química de sua superfície.
Comparando com a cutícula lisa, eles descobriram que a cutícula estriada tem altos níveis de ácido diidroxi-palmítico e ceras e baixos níveis de compostos fenólicos. Para testar se a química da cutícula era realmente importante, eles foram pioneiros em uma abordagem transgênica em Hibiscus para alterar a química da cutícula diretamente nas plantas, usando genes semelhantes aos conhecidos para controlar a produção de moléculas de cutícula em uma planta modelo diferente, a Arabidopsis.
Isso mostrou que a textura da cutícula pode ser modificada, sem alterar o crescimento celular, simplesmente modificando a composição da cutícula. Como a química da cutícula pode controlar sua dobra 3D? Os pesquisadores acham que uma mudança na cutícula química afeta as propriedades mecânicas da cutícula, pois, mesmo quando esticadas com um dispositivo especial, as pétalas transgênicas com cutícula lisa permaneceram lisas, ao contrário das plantas silvestres.