केंब्रिजच्या संशोधकांनी दाखवून दिले आहे की मधमाशांना दिसणारे इंद्रधनुषी सिग्नल तयार करण्यासाठी वनस्पती त्यांच्या पाकळ्यांच्या पृष्ठभागाच्या रसायनशास्त्राचे नियमन करू शकतात.
बहुतेक फुले रंगीबेरंगी रंगद्रव्ये तयार करतात आणि परागकणांसाठी दृश्य संकेत म्हणून कार्य करतात, तर काही फुले त्यांच्या पाकळ्यांच्या पृष्ठभागावर सूक्ष्म त्रिमितीय नमुने देखील तयार करतात. या समांतर स्ट्रायशन्स प्रकाशाच्या विशिष्ट तरंगलांबी प्रतिबिंबित करून एक इंद्रधनुषी ऑप्टिकल प्रभाव निर्माण करतात जो मानवी डोळ्यांना नेहमीच दिसत नाही, तरीही मधमाशांना दृश्यमान असतो.
परागकणांकडून लक्ष वेधण्यासाठी बरीच स्पर्धा आहे आणि—जगातील ३५% पिके प्राण्यांच्या परागकणांवर अवलंबून असतात—परागकणांना आनंद देणारे वनस्पती पाकळ्यांचे नमुने कसे बनवतात हे समजून घेणे, भविष्यातील संशोधन आणि कृषी, जैवविविधता आणि संवर्धनासाठी धोरणे निर्देशित करण्यासाठी महत्त्वपूर्ण ठरू शकते.
केंब्रिजच्या वनस्पती विज्ञान विभागातील प्रोफेसर बेव्हरले ग्लोव्हर यांच्या टीमच्या नेतृत्वाखाली केलेल्या संशोधनात असे दिसून आले की डोळ्यांना भेटण्यापेक्षा पाकळ्यांचे पॅटर्निंग अधिक आहे. मागील परिणामांनी सूचित केले की पातळ, संरक्षणात्मक यांत्रिक बकलिंग त्वचारोग कोवळ्या वाढणाऱ्या पाकळ्यांच्या पृष्ठभागावरील थर सूक्ष्म कड्यांच्या निर्मितीला चालना देऊ शकतात.
हे अर्ध-ऑर्डर केलेले रिज डिफ्रॅक्शन ग्रेटिंग्स म्हणून काम करतात जे प्रकाशाच्या वेगवेगळ्या तरंगलांबींना परावर्तित करतात जे निळ्या-UV स्पेक्ट्रममध्ये कमकुवत इंद्रधनुषी ब्लू-हॅलो इफेक्ट तयार करतात जे बंबलबी पाहू शकतात. तथापि, त्या स्ट्रायशन्स केवळ विशिष्ट फुलांमध्ये का बनतात किंवा पाकळ्यांच्या काही भागांवरच का होतात हे समजले नाही.
प्रोफेसर ग्लोव्हरच्या प्रयोगशाळेत हे संशोधन सुरू करणाऱ्या आणि आता सेन्सबरी प्रयोगशाळेत स्वतःच्या संशोधन गटाचे नेतृत्व करणाऱ्या एडविज मोयरॉउड यांनी ऑस्ट्रेलियन मूळ हिबिस्कस, व्हेनिस मॅलो (हिबिस्कस ट्रायोनम) ही नवीन मॉडेल प्रजाती म्हणून विकसित केली आहे. या नॅनोस्ट्रक्चर्स विकसित होतात.
"आमच्या सुरुवातीच्या मॉडेलने अंदाज लावला की पेशी किती वाढतात आणि त्या पेशी किती क्यूटिकल बनवतात हे स्ट्रायशन्सच्या निर्मितीवर नियंत्रण ठेवणारे प्रमुख घटक होते," डॉ. मोयरॉड म्हणाले, "पण जेव्हा आम्ही मॉडेलची चाचणी घेण्यास सुरुवात केली तेव्हा प्रायोगिक कार्य व्हेनिस मॅलोमध्ये आम्हाला आढळून आले की त्यांची निर्मिती देखील क्यूटिकल केमिस्ट्रीवर जास्त अवलंबून असते, ज्यामुळे क्यूटिकल बक्कलिंग होणा-या शक्तींना कसा प्रतिसाद देते यावर परिणाम होतो.”
“आम्ही पुढील प्रश्न शोधू इच्छितो की विविध रसायनशास्त्र नॅनोस्ट्रक्चर-बिल्डिंग मटेरियल म्हणून क्यूटिकलचे यांत्रिक गुणधर्म कसे बदलू शकतात. असे असू शकते की भिन्न रासायनिक रचनांमुळे भिन्न वास्तुकला किंवा भिन्न कडकपणा असलेल्या क्यूटिकलमध्ये परिणाम होतो आणि म्हणून पाकळ्या वाढतात तेव्हा पेशींनी अनुभवलेल्या शक्तींवर प्रतिक्रिया देण्याचे वेगवेगळे मार्ग असतात."
या प्रकल्पात असे दिसून आले आहे की एकत्रितपणे कार्य करणाऱ्या आणि वनस्पतींना त्यांच्या पृष्ठभागांना आकार देण्याच्या प्रक्रियेचे संयोजन आहे. डॉ. मोयरॉउड पुढे म्हणाले, “वनस्पती हे प्रभावी रसायनशास्त्रज्ञ आहेत आणि हे परिणाम स्पष्ट करतात की ते त्यांच्या पाकळ्यांवर वेगवेगळे पोत तयार करण्यासाठी त्यांच्या क्यूटिकलच्या रसायनशास्त्राला अचूकपणे कसे ट्यून करू शकतात. मायक्रोस्कोपिक स्केलवर तयार केलेले नमुने परागकणांशी संप्रेषण करण्यापासून शाकाहारी किंवा रोगजनकांपासून संरक्षणापर्यंत अनेक कार्ये पूर्ण करू शकतात.
"ते उत्क्रांतीवादी वैविध्यतेची उल्लेखनीय उदाहरणे आहेत आणि प्रयोग आणि संगणकीय मॉडेलिंग एकत्र करून आम्ही वनस्पती त्यांना कसे बनवू शकतात हे थोडे अधिक चांगले समजू लागलो आहोत."
निष्कर्ष प्रकाशित केले जातील वर्तमान जीवशास्त्र.
"हे अंतर्दृष्टी जैवविविधतेसाठी देखील उपयुक्त आहेत आणि संवर्धन कार्य कारण ते वनस्पती त्यांच्या पर्यावरणाशी कसे संवाद साधतात हे स्पष्ट करण्यात मदत करतात,” प्रोफेसर ग्लोव्हर म्हणाले, जे केंब्रिज युनिव्हर्सिटी बोटॅनिक गार्डनचे संचालक देखील आहेत, ज्यात संशोधकांनी प्रथम व्हेनिस मॅलोची इंद्रधनुषी फुले पाहिली.
“उदाहरणार्थ, ज्या प्रजाती जवळून संबंधित आहेत परंतु भिन्न भौगोलिक प्रदेशांमध्ये वाढतात त्यांच्या पाकळ्यांचे नमुने खूप भिन्न असू शकतात. पाकळ्यांचे पॅटरिंग का बदलते आणि याचा वनस्पती आणि त्यांचे परागकण यांच्यातील नातेसंबंधांवर कसा परिणाम होऊ शकतो हे समजून घेतल्यास पर्यावरणीय प्रणालींचे भविष्यातील व्यवस्थापन आणि जैवविविधतेचे संवर्धन करण्यासाठी धोरणे अधिक चांगल्या प्रकारे सूचित करण्यात मदत होऊ शकते.
3D पाकळ्या पॅटर्निंग कशामुळे चालते ते तपासत आहे
संशोधकांनी तपासासाठी टप्प्याटप्प्याने दृष्टीकोन घेतला. त्यांनी प्रथम पाकळ्यांच्या विकासाचे निरीक्षण केले आणि त्यांच्या लक्षात आले की जेव्हा पेशी वाढतात तेव्हा क्यूटिकलचे नमुने दिसतात, हे सूचित करते की वाढ महत्त्वपूर्ण आहे. नंतर त्यांनी निर्धारित केले की वाढीशी संबंधित भौतिक मापदंड, जसे की सेल विस्तार आणि क्यूटिकल जाडी, निरीक्षण केलेल्या नमुन्यांचा पुरेसा अंदाज लावू शकतो की नाही, आणि असे आढळले की ते करू शकत नाहीत. मग काय गहाळ आहे हे ओळखण्याचा प्रयत्न करण्यासाठी त्यांनी एक पाऊल मागे घेतले.
पदार्थाचे गुणधर्म, मग ते अजैविक असो किंवा क्यूटिकल सारख्या जिवंत पेशींद्वारे उत्पादित असो, या पदार्थाच्या रासायनिक स्वरूपावर अवलंबून असण्याची शक्यता असते. हे लक्षात घेऊन, संशोधकांनी क्युटिकल केमिस्ट्री पाहण्याचा निर्णय घेतला आणि असे आढळले की, खरंच, हा एक नियंत्रित घटक आहे. हे करण्यासाठी, त्यांनी प्रथम रसायनशास्त्र क्षेत्रातील एक नवीन पद्धत वापरली आणि पाकळ्याच्या अगदी विशिष्ट बिंदूंवर क्यूटिकलच्या रचनेचे विश्लेषण केले. यावरून असे दिसून आले की विरोधाभासी पोत असलेले (गुळगुळीत किंवा स्ट्रीटेड) पाकळ्यांचे प्रदेश त्यांच्या पृष्ठभागाच्या रसायनशास्त्रात देखील भिन्न आहेत.
गुळगुळीत क्यूटिकलशी तुलना करता, त्यांना असे आढळले की स्ट्रीटेड क्यूटिकलमध्ये डायहाइड्रोक्सी-पाल्मिटिक ऍसिड आणि मेणांचे प्रमाण जास्त असते आणि फिनोलिक संयुगे कमी असतात. क्युटिकल केमिस्ट्री खरोखरच महत्त्वाची आहे की नाही हे तपासण्यासाठी, त्यांनी हिबिस्कसमध्ये एक ट्रान्सजेनिक पध्दत प्रवर्तित केली ज्यामुळे थेट वनस्पतींमध्ये क्यूटिकल केमिस्ट्री बदलू शकते, अराबिडोप्सिस या वेगळ्या मॉडेल प्लांटमध्ये क्यूटिकल रेणूंच्या उत्पादनावर नियंत्रण ठेवण्यासाठी ज्ञात असलेल्या जनुके वापरून.
यावरून असे दिसून आले की क्यूटिकलची रचना बदलून, पेशींची वाढ न बदलता, फक्त क्यूटिकलची रचना बदलून बदलता येते. क्यूटिकल केमिस्ट्री त्याचे 3D फोल्डिंग कसे नियंत्रित करू शकते? संशोधकांना वाटते की क्यूटिकलमध्ये बदल होतो रसायनशास्त्र क्यूटिकलच्या यांत्रिक गुणधर्मांवर परिणाम करते कारण, विशेष उपकरण वापरून ताणूनही, गुळगुळीत क्यूटिकलसह ट्रान्सजेनिक पाकळ्या गुळगुळीत राहतात, जंगली प्रकारच्या वनस्पतींपेक्षा वेगळे.