Для аллергиков период опыления - тяжелое время, а для растений - возможность размножаться: помимо ветра, пыльцу с одного цветка на другой переносят, в частности, насекомые для их опыления. Во время этого транспорта пыльца должна неоднократно прикрепляться к разным поверхностям и отделяться от них. На сегодняшний день механизмы, лежащие в основе адгезии, почти не изучены. Теперь ученые из Зоологического института Кильского университета обнаружили, что механизмы гораздо сложнее, чем предполагалось ранее. Они различаются в зависимости от продолжительности контакта и микроструктуры поверхностей. В своем исследовании, представленном в текущем выпуске Journal of the Royal Society Interface, они впервые обнаружили уникальный механизм захвата пыльцы на восприимчивой женской части растений. Результаты могут дать важные сведения о переносе лекарственных веществ, а также - в свете тревожного сокращения популяций насекомых - для разработки альтернативных стратегий в сельском хозяйстве и производстве продуктов питания.
Пыльца: универсальный клейкий талант
Зуд в носу, красные глаза, постоянное чихание - материаловед Шуто Ито страдал тяжелой аллергией на пыльцу. Чтобы узнать больше о процессе рассеивания пыльцы, он уехал из своего родного города в Японии, чтобы изучить адгезивные свойства пыльцы под руководством профессора Станислава Горба в Кильском университете. Исследователь бионики Горб и его рабочая группа «Функциональная морфология и биомеханика» исследуют особые способности растений и животных и то, как их можно искусственно имитировать.
«Если пыльца переносится насекомыми с цветка на цветок, она сталкивается с тремя разными типами поверхностей, к которым она должна прикрепляться, а затем снова открепляться. Мы хотим выяснить, какие адгезивные механизмы обеспечивают это», - пояснил Горб. Докторант Ито исследует эти механизмы, используя в качестве модели вид Hypochaeris radicata, также известный как кошачье ухо (или ложный одуванчик). Этот вид из семейства сложноцветных цветет с весны до поздней осени во всем северном полушарии. Как и у многих других растений, пыльца на их желтых цветках покрыта маслянистым веществом, известным как пыльца. «До сих пор ученые считали, что пыльца имеет центральную адгезивную функцию. Но мы выяснили, что при определенных условиях она ведет себя прямо противоположным образом. Мы должны рассматривать адгезивные механизмы гораздо более дифференцированно», - резюмировал выводы Ито таким образом. далеко. Соответственно, на адгезию пыльцы влияет сложное взаимодействие возраста пыльцы, влажности и соответствующих поверхностей для адгезии.
Изучение начальной и конечной точек путешествия пыльцы
В своем текущем исследовании ученые сконцентрировались на двух частях растения, которые наиболее важны для опыления. Они представляют собой начальную и конечную точки опыления: в стиле цветка пыльцевое зерно представлено до того, как его стирает насекомое. На верхнем конце столбика поступающие пыльцевые зерна приземляются на рыльце пестика.
С помощью атомно-силового микроскопа ученые измерили, насколько сильно пыльца прилипает как к столбику, так и к рыльцу Hypochaeris radicata. Они обнаружили, что обе части растения обладают совершенно разными адгезивными свойствами, которые меняются в процессе опыления. Таким образом, адгезия пыльцы на рыльце увеличивается, а на столбике несколько сдерживается. Сила адгезии свежей пыльцы на рыльце резко возросла за время контакта 180 секунд в 11 раз.9, а сила адгезии свежей пыльцы на поверхности столбиков увеличилась лишь в 2,7 раза.
Оптимальное приспособление в ходе эволюции
«Мы предполагаем, что в ходе эволюции две части растения развили разные функции, чтобы оптимизировать процесс опыления», - объяснил Ито. Если адгезия увеличивалась на столбике как начальной точке опыления, то пыльцевые зерна не могли быть отделены. Напротив, рыльце увеличило свои адгезивные свойства и удерживает пыльцевые зерна, как только они вступают с ним в контакт. «Недавно обнаруженный механизм захвата пыльцы на рыльце, вероятно, обеспечит воспроизводство растений путем закрепления пыльцы на рыльце до тех пор, пока не произойдет оплодотворение», - продолжил Ито..
Учёные предполагают, что разные свойства двух частей растения обусловлены разной структурой их поверхности и наличием или отсутствием выделяемой жидкости на поверхности, что можно увидеть при разрешении электронного микроскопа. Они исследовали образцы растений, подвергшихся шоковой заморозке, с помощью сканирующего электронного микроскопа Cryo. В этом состоянии образцы сохраняют свою первоначальную структуру, и даже такие жидкости, как выделяемая жидкость на рыльце, можно наблюдать на изображениях с высоким разрешением.
Возможен новый взгляд на процессы нанесения покрытий и транспортировку лекарственных веществ
«Если мы сможем обнаружить механизмы, с помощью которых можно контролировать такие взаимодействия микрочастиц и поверхностей, мы потенциально сможем сделать выводы для процессов нанесения покрытий и печати, транспортировки лекарственных веществ или лечения респираторных заболеваний», - подозревают Горб. И, возможно, когда-нибудь появятся специальные фильтры для страдающих аллергией на пыльцу.