Ursinia speciosa es miembro de la familia Daisy. La región en la base de los pétalos contiene un pigmento oscuro, pero aparece azul debido a la presencia de nanoestructuras florales desordenadas en la superficie celular. Crédito:Edwige Moyroud
Las últimas investigaciones han descubierto que varias especies de flores comunes tienen crestas a nanoescala en la superficie de sus pétalos que se entrometen con la luz cuando se ven desde ciertos ángulos.
Estas nanoestructuras dispersan partículas de luz en el espectro de color azul a ultravioleta, generando un efecto sutil que los científicos han bautizado como el 'halo azul'.
Al fabricar superficies artificiales que replicaban 'halos azules', los científicos pudieron probar el efecto sobre los polinizadores, en este caso, en busca de abejorros. Descubrieron que las abejas pueden ver el halo azul y utilícelo como señal para localizar flores de manera más eficiente.
Mientras que las crestas y las ranuras de la superficie de un pétalo se alinean una al lado de la otra "como un paquete de espaguetis secos", Al analizar diferentes especies de flores, los investigadores descubrieron que estas estrías varían mucho en altura, ancho y espaciado, pero todos producen un efecto similar de 'halo azul'.
De hecho, incluso en un solo pétalo, se descubrió que estas estructuras que manipulan la luz eran sorprendentemente irregulares. Este es un fenómeno que los físicos describen como "desorden".
Los investigadores concluyen que estas nanoestructuras de pétalos "desordenadas" probablemente evolucionaron de forma independiente muchas veces a través de especies de plantas con flores. pero alcanzó el mismo resultado luminoso que aumenta la visibilidad de los polinizadores, un ejemplo de lo que se conoce como "evolución convergente".
El estudio fue realizado por un equipo multidisciplinario de científicos de los departamentos de ciencias vegetales de la Universidad de Cambridge. química y física junto con colegas del Royal Botanic Gardens Kew y el Instituto Adolphe Merkele en Suiza.
Los hallazgos se publican hoy en la revista. Naturaleza .
"Siempre habíamos asumido que el desorden que vimos en la superficie de nuestros pétalos era solo un subproducto accidental de la vida, que las flores no podían hacerlo mejor, "dijo el autor principal, el profesor Beverley Glover, científico de plantas y director del Jardín Botánico de Cambridge.
Cerrar vista superior de las estrías microscópicas que se encuentran en la superficie del área de pigmento oscuro de Ursinia speciosa pétalos. Tomada con imágenes de microscopía electrónica de barrido. Crédito:Tobias Wenzel
"Fue una verdadera sorpresa descubrir que el trastorno en sí es lo que genera la importante señal óptica que permite a las abejas encontrar las flores de manera más eficaz".
"Como biólogo, A veces me encuentro disculpándome con mis colegas físicos por el trastorno en los organismos vivos, lo desordenado que puede parecer su desarrollo y sus estructuras corporales ".
"Sin embargo, El desorden que vemos en las nanoestructuras de pétalos parece haber sido aprovechado por la evolución y termina ayudando a la comunicación floral con las abejas. "Dijo Glover.
Todas las plantas con flores pertenecen al linaje de las 'angiospermas'. Los investigadores analizaron algunas de las primeras plantas divergentes de este grupo, y no encontró crestas de pétalos que produzcan halo.
Sin embargo, Encontraron varios ejemplos de pétalos productores de halo entre los dos principales grupos de flores (monocotiledóneas y eudicots) que surgieron durante el período Cretácico hace más de 100 millones de años, coincidiendo con la evolución temprana de los insectos visitantes de las flores. en particular abejas chupadoras de néctar.
"Nuestros hallazgos sugieren que las crestas de los pétalos que producen 'halos azules' evolucionaron muchas veces a través de diferentes linajes florales, todos convergen en esta señal óptica para polinizadores, "dijo Glover.
Las especies que el equipo descubrió que tenían pétalos productores de halo incluían Oenothera stricta (un tipo de onagra), Ursinia speciosa (miembro de la familia de las margaritas) e Hibiscus trionum (conocida como 'Flor de la hora').
Todas las flores analizadas revelaron niveles significativos de aparente "desorden" en las dimensiones y el espaciamiento de sus nanoestructuras de pétalos.
"La gran variedad de anatomías de los pétalos, combinado con las nanoestructuras desordenadas, Sugeriría que diferentes flores deberían tener diferentes propiedades ópticas, "dijo la Dra. Silvia Vignolini, del Departamento de Química de Cambridge, quien dirigió el equipo de física del estudio.
Vista lateral en primer plano de las estrías microscópicas que se encuentran en la superficie del área de pigmento oscuro de Ursinia speciosa pétalos. Estas son las nanoestructuras que dispersan partículas de luz para crear el efecto de 'halo azul'. Tomada con imágenes de microscopía electrónica de transmisión. Crédito:Tobias Wenzel
"Sin embargo, observamos que todas estas estructuras de pétalos producen un efecto visual similar en la región de longitud de onda del azul al ultravioleta del espectro:el halo azul ".
Estudios anteriores han demostrado que muchas especies de abejas tienen una preferencia innata por los colores en la gama violeta-azul. Sin embargo, las plantas no siempre tienen los medios para producir pigmentos azules.
"Muchas flores carecen de la capacidad genética y bioquímica para manipular la química de los pigmentos en el espectro del azul al ultravioleta, ", dijo Vignolini." La presencia de estas estructuras fotónicas desordenadas en sus pétalos proporciona una forma alternativa de producir señales que atraen a los insectos ".
Los investigadores recrearon artificialmente nanoestructuras de 'halo azul' y las utilizaron como superficies para flores artificiales. En una "arena de vuelo" en un laboratorio de Cambridge, probaron cómo respondían los abejorros a las superficies con y sin halos.
Sus experimentos demostraron que las abejas pueden percibir la diferencia, encontrar las superficies con halos más rápidamente, incluso cuando ambos tipos de superficies se colorearon con el mismo pigmento negro o amarillo.
Usando una solución de azúcar gratificante en un tipo de flor artificial, y solución de quinina amarga en el otro, los científicos descubrieron que las abejas podían usar el halo azul para saber qué tipo de superficie tenía la recompensa.
"Los sistemas visuales de los insectos son diferentes a los humanos, "explica Edwige Moyroud, del Departamento de Ciencias Vegetales de Cambridge y autor principal del estudio. "A diferencia de nosotros, las abejas tienen una actividad fotorreceptora mejorada en las partes azul-UV del espectro ".
"Los seres humanos pueden identificar algunos halos azules, los que emanan de flores de pigmentación oscura. Por ejemplo, el cultivar de tulipán 'negro', conocida como 'Reina de la noche' ".
"Sin embargo, no podemos distinguir entre una flor amarilla con un halo azul y una sin él, pero nuestro estudio encontró que los abejorros pueden, " ella dijo.
El equipo dice que los hallazgos abren nuevas oportunidades para el desarrollo de superficies que son muy visibles para los polinizadores. además de explorar cómo las plantas vivas controlan los niveles de desorden en la superficie de sus pétalos. "La biología del desarrollo de estas estructuras es un verdadero misterio, "añadió Glover.
