Alle Blätter sind grün. Oder sind Sie? Lundquist et al. haben kürzlich eine Vielfalt an Pflanzenarten untersucht und festgestellt mindestens 130 haben schillernde blaue Blätter, was sie häufiger macht, als Sie vielleicht denken. Diese „lebenden Juwelen“, die im dunklen Unterholz tropischer Regenwälder weit verbreitet sind, haben photonische Kristalle in ihren Blättern, die intensive, lebendige metallische Blautöne erzeugen.
Der größte Teil der visuellen Welt wird durch Pigmente – Rot, Gelb, Blau und Grün – gefärbt, die von Molekülen erzeugt werden, die die Farbe zurückreflektieren. Chlorophyll ist beispielsweise das Pigment, das Blätter grün erscheinen lässt. Allerdings basieren nicht alle biologischen Farben auf Pigmenten.
Einige Farben, genannt Strukturfarbenentstehen, wenn die Form einer Tier- oder Pflanzenzelle einfallendes Licht beugen kann, um ein Schillern zu erzeugen. Die schillernden Farben, die wir auf Vogelfedern und auf dem Rücken von Käfern und Schmetterlingen sehen, sind Beispiele für Strukturfarben bei Tieren. Bei Pflanzen kommen Strukturfarben in Blüten, Früchten und sogar Blättern vor, aber bisher war es schwierig, ihre Verbreitung über Pflanzengattungen hinweg zu untersuchen. Wie Lundquist et al. berichten:
„Die meisten Arten werden nicht kultiviert und sind in den Tropen weit verbreitet, oft als enge Endemiten, die auf unzugängliche Orte wie die entlegeneren venezolanischen Tepuis beschränkt sind.“
Um dieses Hindernis zu überwinden und die erste umfassende Untersuchung der photonischen Struktur in Blättern durchzuführen, sammelten Lundquist et al. lebende Exemplare aus Brunei sowie getrocknetes Material aus dem Herbarium des Royal Botanic Gardens in Kew im Vereinigten Königreich. Sie suchten gezielt nach Nanostrukturen, sogenannten helikoidalen Zellwandschichten, die aus Zellulosemolekülen bestehen, die in einer helikalen Schraubenform angeordnet sind. Diese helikoidalen Strukturen kommen häufig in der Blattepidermis vor und können als photonische Kristalle fungieren, um Strukturfarben zu erzeugen.
HerbarienMit ihren braunen, trockenen Blattproben scheinen sie vielleicht nicht der logischste Ort zu sein, um die Pflanzenfarbe zu untersuchen, aber helikoidale Schichten, falls vorhanden, bleiben während des Trocknungsprozesses intakt und ihr Reflexionsvermögen kann nach erneuter Befeuchtung mit Wasser über Nacht untersucht werden. Lundquist et al. Es wurde gemessen, ob die Proben entweder links- oder rechtsdrehend zirkular polarisiertes Licht durchlassen, und mithilfe der Elektronenmikroskopie wurden helikoidale Strukturen beobachtet.
Zu ihrer Überraschung konnten sie die helikoidalen Strukturen in 20 Gattungen entdecken und die Farbe wiederherstellen, die bei der ersten Entnahme der Herbariumprobe aufgezeichnet wurde:
„Die Fähigkeit von Herbariumproben, die Strukturfarbe bei Hydratation wiederherzustellen, war vor dieser Studie nicht vorhersehbar … doch die meisten der hier untersuchten Blattproben erreichten wieder die ungefähren Blattfarben, die auf den Herbariumetiketten angegeben sind.“
Die meisten Arten reflektierten blaues Licht, aber auch grünes und/oder violettes Licht kam häufig vor.
Lundquist et al. Die helikoidalen Strukturen fanden sich überwiegend in Farnen und Monokotyledonen (Orchidaceae-Familie und drei Poales-Familien, Cyperaceae, Eriocaulaceae und Rapateaceae).
Basierend auf der Phylogenie dieser Arten haben Lundquist et al. stellten fest, dass sich helikoidale Strukturen mindestens 38 Mal entwickelt haben, ein bemerkenswertes Beispiel für konvergente Evolution. Lundquist et al. spekulieren, dass diese Strukturen einen adaptiven Nutzen für den Lichtschutz und/oder die Minimierung von Pflanzenfressern haben könnten, indem sie Insektenfresser verwirren.
LESEN SIE DEN ARTIKEL
Lundquist, CR, Rudall, PJ, Sukri, RS, Conejero, M., Smith, A., Lopez-Garcia, M., Vignolini, S., Metali, F. und Whitney, HM (2024) „Lebende Juwelen: Iterative Evolution von irisierenden blauen Blättern aus einer spiralförmigen Zellwands, ” Annals of Botany, S. mcae045. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1093/aob/mcae045.
