Фосфат кальция является типичным компонентом зубов и костей. Недавно было показано, что растения семейства каменной крапивы также используют этот очень твердый минерал в своих «зубах», чтобы защитить себя от своих врагов-животных. Ботаники из Боннского университета продемонстрировали, что фосфат кальция встречается в растениях намного шире, чем предполагалось ранее. Даже кресс-салат (Arabidopsis thaliana) использует трихомы, укрепленные инкрустацией этого биоминерала, для защиты от таких врагов, как тля. Результаты впервые были опубликованы онлайн в научном журнале Planta. Печатная версия будет опубликована в январе.
В сельском хозяйстве невзрачный кресс-салат (Arabidopsis thaliana) просто считается сорняком. Однако в науке растение на протяжении десятилетий было модельным организмом в исследованиях по генетике, молекулярной биологии и физиологии. «Это, безусловно, наиболее изученное растение из всех», - говорит профессор доктор Максимилиан Вейгенд из Nees-Institut for Plant Biodiversity Боннского университета. «Тем более удивительно, что фосфат кальция в кончиках трихом арабидопсиса был обнаружен только сейчас». Команда во главе с профессором Вейгендом идентифицировала твердое, как зубы, вещество с помощью электронного микроскопа и рамановской спектроскопии.
Тот факт, что «зубы» встречаются не только у животных, но и у растений, ранее был продемонстрирован боннскими ботаниками с помощью Ганса-Юргена Энсиката на примере семейства каменных крапив (Losaceae). Впоследствии ученые расширили свои исследования на другие отряды растений. Они смогли продемонстрировать наличие биоминерализации фосфата кальция у нескольких десятков видов растений, например, порядков Rosales, Boraginales и Brassicales, к последним относится кресс-салат.
Обманчиво мягкие волосы - острое оружие
«Давно известно, что многие растения используют стекловидный кремнезем или карбонат кальция для придания жесткости своим трихомам», - сообщает Адил Мустафа из рабочей группы Weigend. «Удивительно было то, что очень твердый фосфат кальция также используется целым рядом видов, и до недавнего времени на него полностью не обращали внимания». Тем не менее, у кресс-салата отсутствуют впечатляющие шипы или жгучие волоски, такие как у крапивы, которые используют их для защиты от пасущихся млекопитающих, таких как коровы. У арабидопсиса трихомы маленькие и сравнительно мягкие - только крошечные кончики покрыты особенно твердым веществом фосфатом кальция.«Биоминерал, по-видимому, откладывается именно в том месте, где требуется максимальная механическая стабильность», - объясняет Вейгенд.
Микроскопическое изображение показывает наколотую тлю
Кресс-салат использует свои волоски для защиты в основном от мелких насекомых, таких как тля. Микроскопические изображения демонстрируют, как минерализованные трихомы представляют собой непреодолимое препятствие. Подобно железной деве, средневековому орудию пыток, особо затвердевшие волоски пронзают тлю. «Мы имеем дело с микромасштабным защитным оружием, удерживающим многие виды насекомых от повреждения этих растений», - говорит Вейгенд.
«В каком-то смысле удивительно, что не все растения используют фосфат кальция для структурной биоминерализации», - заключает Мустафа. Кальций и фосфат почти всегда присутствуют в растениях в виде других химических соединений, но их использование в качестве биоминерала не является универсальным. Силикагель и фосфат кальция намного превосходят карбонат кальция - наиболее распространенный биоминерал в целом - из-за их гораздо более высокой твердости. Способность укреплять волосы фосфатом кальция, по-видимому, имеет генетическую основу. Вейгенд обрисовывает возможные темы будущих исследований: «Раскрытие генетической основы производства этого оборонительного оружия было бы следующим логическим шагом. Это позволило бы нам использовать эти самозащитные растения в качестве моделей для разведения культур, более устойчивых к насекомым».