УФ окраска цветов
УФ-окраска — это естественное явление, которое приводит к уникальным взаимодействиям между организмами, которые развили способность воспринимать эти длины волн света. Он служит одним из методов привлечения опылителей к цветку наряду с запахом, формой и качеством нектара. [1] Цветы известны своим диапазоном видимых цветов, которые люди могут видеть своими глазами и наблюдать множество различных оттенков и узоров. [2] Невооруженным глазом невозможно увидеть ультрафиолетовую окраску, которую используют многие цветы, чтобы привлечь к себе внимание. [3] Отражая или поглощая волны ультрафиолетового света , цветы могут общаться с опылителями . [4] Это позволяет растениям, которым может потребоваться животное-опылитель, выделяться среди других цветов или различать, где находятся их цветы на мутном фоне других частей растения. [5] Для растений важно делиться и получать пыльцу, чтобы они могли размножаться, поддерживать свою экологическую роль и направлять эволюционную историю популяции.
Фон
[ редактировать ]Ультрафиолетовый свет — это форма электромагнитного излучения с длиной волны от 10 до 400 нм. [6] Эта длина волны короче видимого света, но длиннее рентгеновских лучей. [6] Поскольку он расположен в нижней части видимого света, это и дало ему название. Наиболее эффективная длина волны УФ-излучения составляет примерно 250 нм. [6] Его открыл в 1801 году немецкий учёный Иоганн Вильгельм Риттер, когда заметил, что бумага, пропитанная хлоридом серебра, темнеет быстрее, чем обычная бумага, под воздействием солнечных лучей. [6] Затем, в 1878 году, впервые была обнаружена способность ультрафиолетового света убивать бактерии, что привело к пониманию того, как ультрафиолет может повреждать клетки и мутировать ДНК в 1960 году. [6] В этот момент они стали называть это «ионизирующим излучением» из-за вредного воздействия более коротких волн. [6] Также его можно использовать в микроскопии в качестве метки, известной как зеленый флуоресцентный белок (GFP), для отслеживания развития и движения структур внутри клетки при освещении лампами, излучающими УФ-излучение. [6] Ультрафиолетовый свет имеет положительные эффекты, такие как выработка витамина D в тканях кожи, и отрицательные последствия солнечных ожогов и воспалений в той же части тела. [6]
Функции растений и опылителей
[ редактировать ]Ультрафиолетовую окраску используют от 25 до 35 процентов покрытосеменных растений . [7] Он был адаптирован цветами для ориентации опылителей, что привело к примеру коэволюции . [8] Ультрафиолетовый свет позволяет им передавать информацию о том, где их пыльца . находится [4] Благодаря уникальным жизненным характеристикам и морфологии цветков опылители более эффективно захватывают пыльцу и переносят ее на другие цветы того же вида. [3] Цветы специально адаптировались, чтобы постоянно нацеливаться на конкретного опылителя, поскольку их оттенок или интенсивность окраски находятся на максимальной длине волны, чтобы опылитель мог их видеть и привлекать. [5] Размер, форма, цвет, запах и рисунок цветка играют роль в передаче сигналов органам чувств опылителей. [2] Растения, которые полагаются на животных-опылителей, скорее всего, будут использовать стратегию УФ-окрашивания по сравнению с другими растениями, чтобы увеличить вероятность их опыления. [7] Некоторыми примерами животных-опылителей являются пчелы , бабочки , жуки , мухи , птицы , летучие мыши и некоторые мелкие млекопитающие . [2] Этот широкий спектр видов ищет нектар, производимый растениями, в качестве источника пищи или, как в известном случае с медоносными пчелами, в качестве ключевого ингредиента для изготовления меда . Это пример мутуализма, когда опылители получают ресурс в обмен на помощь растениям в их опылении и размножении. [1]
УФ-паттерны могут различаться среди похожих и непохожих видов. [1] УФ-отражение не зависит от симметрии цветка , но больший размер увеличивает частоту отражения. [2] Видимый цвет цветка влияет на УФ-цвет. [9] Желтые цветы имеют наибольшую отражательную способность. [5] УФ-окраску чаще наблюдают у фиолетовых, красных и желтых цветов, а у белых и зеленых – реже. [2] Обычно цветы белого или зеленого цвета, как правило, опыляются ветром; где яркий цвет не обязателен. [2] Распространенным фенотипом УФ-окраски является рисунок «бычий глаз», при котором цветок отражает УФ-свет на концах лепестков и поглощает УФ-свет в центре. [4] Это помогает опылителям найти пыльцу. [4] Другие цветы добавляют контраст между своими репродуктивными частями ( пыльниками и пестиками ) и лепестками. [7] Цветы используют химические и физические структуры в ткани лепестков для создания ультрафиолетовой окраски. [2] Например, флавоноиды отвечают за поглощение ультрафиолета. По мере того, как растения перемещаются в новую среду, они будут продолжать манипулировать и изменять свой УФ-профиль. [4]
Эволюция
[ редактировать ]По мере того, как растения развивались и адаптировали свою УФ-окраску, опылители также настраивали свои индивидуальные адаптации, чтобы максимизировать свою способность нацеливаться на цветы в пищу. [8] Динамичные отношения между опылителями и опылителями привели к появлению новых мутаций, а в некоторых случаях и новых видов. [1] Опылители являются движущей силой видообразования, поскольку они являются основой выживания растений, репродуктивный успех которых зависит от них. [1] Этот пример направленного отбора приводит к конвергентной эволюции размера, структуры и окраски цветков. [1] Например, если пчела предпочитает цветы с более крупными лепестками, то эти особи будут более успешны в размножении, что приведет к тому, что все больше и больше особей в популяции будут иметь большие цветы. Опылители демонстрируют локальную адаптацию своих зрительно-сенсорных систем к окружающей среде на количество света. [5] Показано, что красные и белые цветки, опыляемые пчелами, имеют более высокую спектральную чистоту по сравнению сопыляемые птицами, и поэтому их легче обнаружить пчелам. [8] Пчелы обладают трехцветным зрением с максимумами пиковой чувствительности к УФ (344 нм), синему (436 нм) и зеленому (544 нм). [10] Кроме того, пчелы отдают предпочтение цветам, которые используют небольшие направляющие и сочетают в себе как отражение УФ-излучения, так и поглощение, что неоднократно документировалось во многих местах. [5] Взаимодействия очень точны, и небольшие изменения интенсивности или размера отражения и/или поглощения УФ-излучения влияют на поведение опылителей, а также на количество посетителей. [7] Следовательно, снижение УФ-окраски лепестков приводит к небольшому обмену пыльцой с опылителями, что приводит к снижению эволюционной приспособленности особи. [4]
Другие примеры использования УФ
[ редактировать ]В то время как покрытосеменные растения используют ультрафиолетовые лучи, чтобы их можно было увидеть, примитивных голосеменных растений отражает ультрафиолетовый свет. пыльца [10] Это поднимает вопросы об эволюционном происхождении этого явления. Считается, что отражение УФ-света на самом деле является защитной мерой, которую растения используют для предотвращения повреждения ДНК от УФ-излучения при солнечном свете. [10] Это понятно, поскольку длина волны УФ-излучения может мутировать и даже разрушать органические структуры, такие как ДНК и ткани кожи, поэтому люди испытывают солнечные ожоги . [6] Пыльцевые зерна отражают бета-УФ-излучение, защищая свои хромосомы, хранящиеся в пыльце, от альфа-УФ-излучения, что важно для обеспечения репродуктивного успеха. [10] Техника УФ-окраски развилась и у других видов по разным причинам. Точно так же плотоядные растения отражают и поглощают ультрафиолет, чтобы привлечь к себе добычу. [10] Они имитируют стратегию, используемую традиционными цветами для опыления, чтобы использовать опылителей для посадки в ловушку, чтобы плотоядные цветочные головки могли переваривать их как источник ключевых питательных веществ для роста и выживания. Бабочки, распространенные насекомые-опылители, используют ультрафиолетовую окраску в рисунках своих крыльев, чтобы достичь дополнительного уровня моделирования своей приспособленности к потенциальным партнерам. [3]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж Родригес, Даниэле (2018). «Действительно ли мы понимаем синдромы опыления петунии настолько, насколько предполагаем?» . Растения АОБ . 10 (5): слой057. doi : 10.1093/aobpla/ply057 . ПМК 6202611 . ПМИД 30386543 . Проверено 2 декабря 2022 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Гулдберг, Ларри Д.; Атсатт, Питер Р. (1975). «Частота отражения и поглощения ультрафиолетового света цветковыми растениями» . Американский натуралист из Мидленда . 93 (1): 35–43. дои : 10.2307/2424103 . ISSN 0003-0031 . JSTOR 2424103 .
- ^ Jump up to: а б с Юджин Джонс, К.; Бухманн, Стивен Л. (1 мая 1974 г.). «Ультрафиолетовые цветочные узоры как сигналы функциональной ориентации в системах опыления перепончатокрылых» . Поведение животных . 22 (2): 481–485. дои : 10.1016/S0003-3472(74)80047-3 . ISSN 0003-3472 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Коски, Мэтью Х.; Эшман, Тиа-Линн (август 2014 г.). Кэмпбелл, Дайан (ред.). «Изучение реакции опылителей на вездесущий ультрафиолетовый цветочный узор в дикой природе» . Функциональная экология . 28 (4): 868–877. Бибкод : 2014FuEco..28..868K . дои : 10.1111/1365-2435.12242 .
- ^ Jump up to: а б с д и Финнелл, Линдси М.; Коски, Мэтью Х. (ноябрь 2021 г.). «Тест сенсорного влечения во взаимодействии растений и опылителей: неоднородность сигнальной среды формирует предпочтение опылителей к цветочному визуальному сигналу» . Новый фитолог . 232 (3): 1436–1448. дои : 10.1111/nph.17631 . ISSN 0028-646X . ПМИД 34287921 . S2CID 236157784 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Ганц, генеральный менеджер; Самнер, WG (март 1957 г.). «Стабильные поглотители ультрафиолетового света» . Журнал текстильных исследований . 27 (3): 244–251. дои : 10.1177/004051755702700310 . ISSN 0040-5175 . S2CID 138533333 .
- ^ Jump up to: а б с д Кломберг, Янник (2019). «Роль отражения и характера ультрафиолетового излучения в системе опыления Hypoxis Camerooniana» . Academic.oup.com . Проверено 2 декабря 2022 г.
- ^ Jump up to: а б с Папиорек, С.; Юнкер, РР; Алвеш-дус-Сантос, И.; Мело, Гарда; Амарал-Нето, ЛП; Сазима, М.; Воловски, М.; Фрейтас, Л.; Лунау, К. (январь 2016 г.). Дафни, А. (ред.). «Пчелы, птицы и желтые цветы: конвергентная эволюция УФ-паттернов, зависящая от опылителей» . Биология растений . 18 (1): 46–55. Бибкод : 2016PlBio..18...46P . дои : 10.1111/plb.12322 . ПМИД 25703147 .
- ^ Миллер, Рене; Оуэнс, Саймон Дж.; Рёрслетт, Бьёрн (01 марта 2011 г.). «Растения и цвет: Цветы и опыление» . Оптика и лазерные технологии . Цвет и дизайн II: Цвет растений и животных — Вдохновение для дизайна. 43 (2): 282–294. Бибкод : 2011OptLT..43..282M . дои : 10.1016/j.optlastec.2008.12.018 . ISSN 0030-3992 .
- ^ Jump up to: а б с д и Мори, Шинноске; Фукуи, Хироши; Оиси, Масанори; Сакума, Масаюки; Каваками, Мари; Цукиока, Джунко; Гото, Кацуми; Хираи, Нобухиро (01 июня 2018 г.). «Биокоммуникация между растениями и насекомыми-опылителями посредством флуоресценции пыльцы и пыльников» . Журнал химической экологии . 44 (6): 591–600. Бибкод : 2018JCEco..44..591M . дои : 10.1007/s10886-018-0958-9 . ISSN 1573-1561 . ПМИД 29717395 . S2CID 254656409 .