Unter den unzähligen natürlichen Elementen, die die Aufmerksamkeit des Menschen auf sich ziehen, nimmt das farbenfrohe Universum der Blumen sicherlich einen privilegierten Platz ein. Nicht umsonst faszinieren die Vielfalt der Blütenfarben und ihre Verteilung und Organisation in der Natur Wissenschaftler schon seit langem. Zu diesen Forschern gehören Dr. Roman T. Kellenberger und Dr. Beverley J. Glover vom Department of Plant Sciences der Universität Cambridge im Vereinigten Königreich, die daran interessiert sind, die Mechanismen hinter verschiedenen Blütenmerkmalen zu erforschen und herauszufinden, wie diese Merkmale die Interaktion zwischen Blüten und ihren Bestäubern beeinflussen. In einer ihrer jüngsten Arbeiten in Current Biology, bringen uns diese Forscher ein spannender Überblick über die kaleidoskopische Entwicklung der Farben in Blumen: Erforschen Sie die Wurzeln seiner Entstehung, entschlüsseln Sie die komplizierten molekularen und biochemischen Mechanismen dahinter und entschlüsseln Sie die dynamische Entwicklung über verschiedene Zeitskalen hinweg.

Die Bausteine ​​der Farben

Farbe entsteht durch das Zusammenspiel zweier gleich wichtiger Komponenten. Das erste ist die Reflexion von Lichtwellenlängen. Sie haben wahrscheinlich gehört, dass Weiß eine Kombination aller Farben ist und Schwarz aus deren Abwesenheit resultiert, richtig? Das stimmt zum Teil, weil weiße Oberflächen alle Wellenlängen intensiv reflektieren, was dazu führt, dass keine Farbe vorhanden ist. Im Gegensatz dazu ist die Reflexion von schwarzen Oberflächen nahezu vernachlässigbar, was zu einer überwiegenden Absorption und damit zu einem Mangel an Farbe führt. Dies wirft eine grundlegende Frage auf: Was bestimmt die Farbe einer Blume? Hier kommt die zweite Komponente: das Auge des Betrachters (Figure 1). Wenn wir – Menschen – eine rote Blume sehen, ermöglicht uns unser trichromatisches Sehvermögen, reflektiertes Licht bei Wellenlängen zwischen 400 und 700 nm (die jeweils Blau, Grün und Rot darstellen) wahrzunehmen, wodurch die Wahrnehmung von Rot entsteht. Für eine Biene, die eine begrenzte Empfindlichkeit gegenüber Rot hat, kann dieselbe rote Blüte jedoch schwarz erscheinen. Haben Sie sich jemals vorgestellt, vom UV-Spektrum bis zum Rot zu sehen? Dann haben die Vögel Glück, die diese privilegierte Aussicht genießen!

Obwohl wir in Blumen möglicherweise eine breite und heterogene Farbpalette identifizieren können, ist die Liste der dafür verantwortlichen Pigmente, darunter Chlorophylle, Carotinoide und Anthocyane, recht kurz. Die subtilen Variationen in den Farbtönen resultieren aus artspezifischen Veränderungen in den Stoffwechselwegen, die diese Pigmente produzieren. Beispielsweise könnte das Cyanidin, das roten Rosen Platz macht, dem Cyanidin ähneln, das für rote Dahlien verantwortlich ist. Dennoch kann die Struktur jedes Pigments geringfügige Veränderungen aufweisen, die seinen Unterschieden Platz machen. Darüber hinaus können Pigmente (und ihre Kombinationen) mit anderen floralen Eigenschaften integriert werden, beispielsweise mit den biophysikalischen Eigenschaften von Blütenblattzellen (z. B. samtige Oberflächen), wodurch unendliche Kombinationen entstehen, die in dem Farbspektakel gipfeln, das wir sehen (Abbildung 2).

Wie und warum entstand die Blütenfarbe?

Kellenberger und Glover weisen darauf hin, dass die Farbe der Blütenblätter ihren Ursprung in blattähnlichen Strukturen haben muss, die die Fortpflanzungsorgane der Pflanzen schützen sollen. Beispielsweise bei Gymnospermen wie der Europäischen Lärche (Larix decidua) und die Seetraube (Ephedra distachya), Die Samenzapfen weisen einen auffälligen Farbton auf zur Ansammlung roter Pigmente in den Schuppen (Figure 3). Daher ist es möglich, dass auch die sterilen Schutzorgane des gemeinsamen Vorfahren der Angiospermen und Gymnospermen bereits leuchtende Farben hatten.

In den ersten Abstammungslinien der Angiospermen zeigten die Blüten überwiegend helle Farben, einige Arten könnten jedoch auch leuchtendere Farben aufweisen – etwa Orange, Rosa und Blau. Da die für diese Farben verantwortlichen Pigmente bereits in Pflanzen vorhanden waren, wenn auch mit anderen Funktionen wie Lichtgewinnung und Stressreaktionen, wird angenommen, dass sie im Laufe der Pflanzenevolution dazu genutzt wurden, die Strukturen zu färben, aus denen Blüten entstehen, und ihre Farben zu diversifizieren . Sie fragen sich vielleicht: Warum tun Sie das? Die wahrscheinlichste Antwort ist, dass diese Merkmale dazu führen würden, dass die Blüten aus dem grünen Kaleidoskop der Blätter stärker hervorstechen und dadurch für ihre Bestäuber, insbesondere Insekten, die über ein bemerkenswertes Sehvermögen verfügen, auffälliger werden. Diese entstehende Interaktion zwischen Blumen und ihren Bestäubern war einer der Vorläufer für den Erfolg blühender Pflanzen auf unserem Planeten. Infolgedessen erweist sich die Blütenfarbe als einer der Stars in dieser evolutionären Erzählung, zusammen mit anderen Hinweisen, die solche Interaktionen beeinflussen könnten, wie etwa die Morphologie und das Aroma der Blüten.

Wie interagieren Tiere mit Blumen?

Um den Zusammenhang zwischen Blumen- und Tiervielfalt zu verstehen, haben Forscher das Konzept „Bestäubungssyndrome“, die die Kombinationen von Blütenmerkmalen beschreiben, die sich unabhängig voneinander bei Arten mit derselben Bestäubergruppe entwickelt haben. Natürlich ist die Blütenfarbe einer der Hauptbestandteile dieser Kategorisierung, wobei blaue und gelbe Blüten von Bienen bestäubt werden, während rote und weiße Blüten von Vögeln und Motten besucht werden. Das Konzept der Bestäubungssyndrome war jedoch Gegenstand ausführlicher und sogar neuerer Debatten großangelegte Analyse zeigten, dass die Farbe eines der am wenigsten aussagekräftigen Merkmale zur Identifizierung des Bestäubers einer bestimmten Art ist. Dies hat viele Zweifel an der Rolle der Blütenfarbe in der Pflanzenentwicklung aufkommen lassen.

Diese Kontroverse hat zu immer detaillierteren Studien zur Farbentwicklung von Blumen geführt, auch in kleineren Maßstäben. Diese Untersuchung zeigt beispielsweise, dass Veränderungen der Blumenfarbe häufiger vorkommen als bei anderen Blumenmerkmalen. Mutationen in Blütenpigmenten schaden der Pflanze nicht, da sie selten wichtige physiologische Prozesse beeinträchtigen. Auf diese Weise können leicht neue Mutationen auftreten, die zu den uns bekannten Farbvariationen führen, die dann einer evolutionären Selektion unterliegen können.

Blumen, Farben und Menschen

Wenn wir seine Biologie und Evolution hinter uns lassen, können wir die intrinsische und uralte Beziehung zwischen Menschen und Blumen nicht vernachlässigen. Seit langem interessieren sich Menschen für Blumen und ihre Farben, wie die Artefakte mit floralen Mustern belegen, die es in mehreren alten Zivilisationen gab: von der Minoische Fresken im antiken Griechenland zu den Inka- und Quechua-Textilien in Südamerika. Diese Anziehungskraft kann zu einem großen Teil auf die positiven Emotionen zurückgeführt werden, die Blumen wecken. Sie geht auf die ersten Menschen zurück, die leuchtende Farben entweder mit leckeren und wertvollen Früchten oder giftigen Gegenständen assoziierten, die man meiden sollte. Darüber hinaus haben die Menschen im Laufe der Geschichte verschiedene Möglichkeiten entwickelt, Blumen in ihr tägliches Leben zu integrieren und Blumenfarben künstlich zu erzeugen. Es ist keine Überraschung, dass Blumen und ihre Farben Gegenstand einiger der bekanntesten Kunstwerke sind, wie zum Beispiel Van Goghs Sonnenblumen und der Seerosen von Monet.

Dieses farbenfrohe und optimistische Szenario steht jedoch im Gegensatz zur düsteren Realität des Verlusts der biologischen Vielfalt und der Zerstörung von Lebensräumen, mit der wir derzeit konfrontiert sind, einschließlich des besorgniserregenden Rückgangs der Bestäuber. Zukünftige Forschungs- und Wissensfortschritte zum Verständnis der Evolution und Ökologie der Blütenfarbe werden hoffentlich den Weg zu einem besseren Verständnis der Bestäuber und wirksamen Möglichkeiten zur Verhinderung ihres Verlusts ebnen.

ÜBER DEN AUTOR

Ana Carolina S. Oliveira ist ein Bestäubungsbiologe und fasziniert davon, die Wahl der Bestäuber anhand der visuellen Zeichen von Blumen zu verstehen, insbesondere wie Bienen das Universum der Blumenfarben interpretieren. Derzeit versucht sie in ihrer Doktorarbeit zu verstehen, wie die Blütenfarbe die Reproduktion und Strukturierung von Ölblütengemeinschaften und die Präferenz von Bienen in diesem Zusammenhang moduliert. Für weitere Informationen folgen Sie ihr auf Twitter unter @CarolSabino06.

VORGESCHLAGENE LITERATUR

Kellenberger, RT, Glover, BJ (2023). Die Entwicklung der Blütenfarbe. Current Biology. https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.01.055