Forschung enthüllt die Wissenschaft hinter den blauen Beeren dieser Pflanze | CU Boulder heute

Bannerbild: Detailaufnahme von Lantana strigocamara im Ramaley-Gewächshaus. (Bildnachweis: Patrick Campbell / CU Boulder)

An einem schönen Herbsttag im Jahr 2019 ging Miranda Sinnott-Armstrong die Pearl Street in Boulder, Colorado, entlang, als ihr etwas ins Auge fiel: eine besonders leuchtende kleine blaue Frucht an einem Strauch namens Lantana strigocamara. Während die winzigen Büschel aus rosa, gelben und orangefarbenen Blüten und blauen Beeren im Frühling normalerweise die Fußgängerzone schmücken, pflückten Stadtarbeiter diese gewöhnlichen Wandelröschen, um sich auf die Wintersaison vorzubereiten.

Sinnott-Armstrong, eine Postdoktorandin in Ökologie und Evolutionsbiologie an der CU Boulder, fragte sofort, ob sie eine Probe mit ins Labor nehmen könne. Er wollte wissen: Was hat diese Beeren so blau gemacht?

Die Errungenschaften von Sinnott-Armstrong sind jetzt im Magazin erschienen Neuer Phytologe. Die Studie bestätigt Lantana strigocamara als den zweiten dokumentierten Fall einer Pflanze, die blau gefärbte Früchte mit geschichteten Fettmolekülen erzeugt. Sie und ihre Co-Autoren veröffentlichten die Erster dokumentierter Fall, in Schneeball tinusim Jahr 2020.

Die beiden Pflanzen gehören zu den weltweit nur sechs Pflanzen, von denen bekannt ist, dass sie ihre Fruchtfarben mit einem Lichttrick wiedergeben, der als Strukturfarbe bekannt ist. Aber Sinnott-Armstrong hat das Gefühl, dass es mehr davon gibt.

„Wir finden diese Dinge buchstäblich in unseren Hinterhöfen und auf unseren Straßen, die Leute haben einfach nicht nach strukturell gefärbten Pflanzen gesucht“, sagte Miranda Sinnott-Armstrong, Hauptautorin der neuen Studie. „Trotzdem, wenn man einfach die Pearl Street entlang geht, denkt man: ‚Oh, da ist einer!’“

Strukturfarbe ist bei Tieren sehr verbreitet. Sie verleiht den sonst braunen Pfauenfedern ihr leuchtendes Grün und vielen Schmetterlingen ihr leuchtendes Blau. Aber diese Art von optischer Täuschung ist laut Sinnott-Armstrong bei Pflanzen viel seltener.

Um ihre einzigartige Farbe zu erzeugen, verwenden diese blauen Früchte mikroskopische Strukturen in ihrer Haut, um Licht zu manipulieren und die Wellenlängen zu reflektieren, die unsere Augen als blau wahrnehmen, was ihr ein unverwechselbares metallisches Finish verleiht. Pigmentierte Farbe bewirkt das Gegenteil, indem sie bestimmte sichtbare Lichtwellenlängen absorbiert. Das bedeutet, dass strukturell gefärbte Beeren keine Farbe in sich haben; Wenn Sie sie zerquetschen würden, würden sie nicht blau gefärbt.

Wenn Sie die Schale einer Lantana-Frucht abziehen und gegen das Licht halten, sieht sie tatsächlich vollständig durchscheinend aus. Stellt man es aber auf einen dunklen Hintergrund, sieht es aufgrund der für die Farbreflexion verantwortlichen Nanostrukturen auf der Oberfläche wieder blau aus.

Die Evolution der Farbe

Was es besonders einzigartig macht Lantana strigocamara– neben der Tatsache, dass die Farbe Blau in der Natur, insbesondere in Früchten, recht arm ist – liegt darin, dass sie diese Strukturfarbe in ihrer Haut durch Schichten von Lipidmolekülen oder Fetten erzeugt.

Viburnum Tinus ist die einzige andere Pflanze, von der bekannt ist, dass sie dasselbe tut, und Lantana Und Schneeball hatte zuletzt vor über 100 Millionen Jahren einen gemeinsamen Vorfahren. Das bedeutet, dass die beiden Pflanzen diese gemeinsame Eigenschaft entwickelt haben, die völlig unabhängig voneinander ist.

„Wir suchen nach anderen Gruppen, in denen dies geschieht, weil wir wissen, dass dies auf verschiedene Weise geschehen kann“, sagte Stacey Smith, Co-Autorin der Veröffentlichung und außerordentliche Professorin für Ökologie und Evolutionsbiologie.

Forscher sprechen auch oft darüber, warum sich so etwas entwickelt hat. Bietet Strukturfarbe einen evolutionären Vorteil?

Einige theoretisieren, dass die Strukturfarbe bei der Samenverbreitung helfen könnte. Obwohl nur sehr wenige strukturgefärbte Pflanzen bekannt sind, sind sie weltweit verbreitet. Lantana selbst ist in vielen Teilen der Welt invasiv, insbesondere in tropischen Regionen. Es ist möglich, dass die metallische und glänzende Natur der Frucht einen starken Kontrast zum umgebenden Laub bietet und Tiere dazu verleitet, sie zu fressen und ihre Samen zu verbreiten, so die Forscher.

„Aber blau und funkelnd zu sein, könnte ausreichen, um ein Tier denken zu lassen, es sei dekorativ“, sagte Smith.

Forscher haben festgestellt, dass viele Vögel, insbesondere in Australien, gerne strukturell gefärbte Früchte verwenden, um ihre Pergolen zu schmücken und Partner anzulocken. Seltsamerweise könnten Menschen aus dem gleichen Grund auch zur Verbreitung von Lantana beitragen.

„Die Tatsache, dass sie ihren Weg in den Gartenbau gefunden haben, deutet darauf hin, dass wir für die gleichen Dinge anfällig sind, die andere Tiere an ihnen attraktiv finden“, sagte Smith. „Wir sagen, oh, sieh dir dieses glänzende, süße Ding an. Ich sollte es in meinen Garten stellen.“

Eine andere Möglichkeit ist, dass die dicke Fettschicht, die diese einzigartige Farbe erzeugt, ein Schutzmechanismus für die Pflanze ist, der Abwehr von Krankheitserregern bietet oder die strukturelle Integrität der Frucht verbessert, sagte Sinnott-Armstrong.

Auch die blaue Farbe selbst könnte ein Hinweis sein.

Pigmentierte und strukturelle Farbe schließen sich bei Pflanzen nicht gegenseitig aus, aber vielleicht sind Pflanzen auf strukturelle Farbe gestoßen, um Blau zu erzeugen, weil es auf andere Weise nicht so einfach zu erzeugen ist, sagte er.

Forscher aus dem Labor von Silvia Vignolini an der Cambridge University, wo Sinnott-Armstrong derzeit ansässig ist, versuchen nun, farbige Farben, Textilien und mehr mit Strukturfarbe herzustellen, indem sie die Anordnung von Zellulose-Nanokristallen in farbigen Früchten besser verstehen.

Die Forscher hoffen, mehr über die möglichen evolutionären Stimuli für diesen Mechanismus zu erfahren, wenn mehr strukturell gefärbte Früchte entdeckt werden.

„Sie sind da draußen“, sagte Sinnott-Armstrong. „Wir haben sie nur noch nicht alle gesehen.“

Zu den Co-Autoren dieser Veröffentlichung gehören: Yu Ogawa, Université de Grenoble Alps; Gea Theodora van de Kerkhof, Universität Cambridge; und Silvia Vignolini, Universität Cambridge.