Dengan apa Anda mengasosiasikan musim panas? Bagi sebagian orang, ini adalah periode liburan yang telah lama ditunggu, untuk seseorang - liburan, dan untuk seseorang - panas, sesak, dan ketidaknyamanan. Jika kita menganggap musim panas dari sudut pandang gastronomi, maka ini adalah periode sayuran, buah-buahan, dan beri, yang kami sukai tidak hanya karena rasa dan manfaatnya, tetapi juga untuk penampilan mereka. Seperti yang kita ketahui dari kursus awal biologi, buah dari banyak tumbuhan memiliki khasiat tertentu, yang tujuannya adalah untuk menarik calon gourmet. Ini adalah komponen penting dari taktik memperluas area pertumbuhan. Sebagian besar buah memiliki warna cerah dan berair, yang menunjukkan kebaikannya. Sumber utama warna ini atau itu pada buah beri adalah pigmen pada kulitnya, tetapi ini bukan satu-satunya teknik pewarnaan. Ilmuwan dari Universitas Bristol telah menemukan bahwa laurel viburnum ( Viburnum tinus) menggunakan struktur nano lipid di dinding sel untuk mewarnai buah beri mereka, varian warna struktural yang sebelumnya tidak diketahui. Apa yang sangat tidak biasa dari struktur nano lipid yang memberi warna biru tua pada buah, dan apa aplikasi praktis dari penemuan ini? Laporan para ilmuwan akan menjelaskan pertanyaan-pertanyaan ini. Pergilah.
Hasil penelitian
Protagonis dari karya ini adalah laurel viburnum ( Viburnum tinus / viburnum tinus) - semak atau pohon cemara setinggi 6 meter, tumbuh di wilayah Mediterania.
Viburnum tinus saat berbunga.
Viburnum tinus berbuah beberapa kali sepanjang tahun dengan beri biru tua, menyediakan makanan bagi banyak spesies burung, termasuk burung warbler berkepala hitam (Sylvia atricapilla) dan burung robin (Erithacus rubecula). Seperti tanaman beri lainnya, burung untuk V. tinus viburnum adalah metode utama penyebaran benih ke wilayah baru.
Sylvia atricapilla (kiri) dan Erithacus rubecula (kanan).
Sekilas memang tidak ada yang istimewa dari tanaman ini. Semak hijau yang indah yang memanjakan estetika di antara manusia dan pecinta makanan di antara burung. Namun, pemeriksaan mendetail pada buah beri menunjukkan sebaliknya. Sementara tanaman lain menggunakan senyawa kimia berbeda untuk mewarnai buahnya, viburnum tinus menggunakan pewarna struktural. Meskipun sebelumnya diyakini bahwa warna biru V. tinus berry disebabkan oleh adanya pigmen antosianin di kulitnya, hal ini secara alami tidak benar.
Warna struktural cukup umum di antara fauna: sayap kupu-kupu, cangkang kumbang, bulu merak, dll. Warna dalam wadahnya terbentuk karena fitur struktural skala nano dari permukaan, yang menyebabkan gangguan pada cahaya tampak.
Contoh warna struktural di alam: A- kembang sepatu tiga (Hibiscus trionum); B - kumbang tamamusi (Chrysochroa fulgidissima); C - kupu-kupu dari spesies Morpho rhetenor; D - nyamuk biasa (Culex pipiens); E - tikus laut (Aphrodita aculeata); F - kumbang dari spesies Pachyrhynchus argus; G - kupu-kupu dari spesies Parides sesostris.
Keunikan Viburnum Tinus, yang telah menarik perhatian para ilmuwan, adalah bahwa ia tidak hanya menunjukkan mekanisme baru pewarnaan struktural, tetapi juga salah satu dari sedikit tanaman yang mampu melakukannya.
Gambar No.1
Buah V. tinus ( 1C) memantulkan cahaya secara terarah (memberikan tampilan metalik) di wilayah spektrum biru dan ultraviolet. Polarisasi cahaya yang dipantulkan sebagian besar dipertahankan, menunjukkan bahwa pewarnaan bersifat struktural dan tidak berpigmen, yang dihasilkan dari pantulan dari dinding sel yang sangat terstruktur pada epikarp luar * ( 2A ).
Epicarp * adalah lapisan luar janin.Saat jaringan ini dibedah, pigmen antosianin merah tua dilepaskan. Cahaya yang tidak dipantulkan oleh struktur fotonik diserap oleh pigmen merah tua di bawahnya ( 2A dan 3C ).
Gambar # 2
Penyerapan ini mencegah hamburan balik cahaya, meningkatkan visibilitas pantulan biru dari dinding luar sel dan dengan demikian secara visual meningkatkan pewarnaan biru.
Dari pengamatan tersebut, dapat disimpulkan bahwa warna buah V. tinus merupakan hasil kombinasi struktur nano fisik yang secara selektif memantulkan gelombang cahaya biru dan lapisan dasar pigmen peningkat warna biru. Dengan kata lain, konjungsi kimia dan fisika.
Untuk mengkarakterisasi struktur nano yang menciptakan warna biru pada buah-buahanV. tinus , para ilmuwan telah menggunakan beberapa metode mikroskop elektron.
Pemindaian mikroskop elektron dari jaringan segar ( 2A ) dengan jelas menunjukkan adanya struktur multilayer tebal (10-30 µm) yang sejajar dengan permukaan janin dan tertanam di dinding sel sel epikarpal terluar. Permukaan buah ditutupi dengan kutikula lilin (2-6 µm) di atas struktur berlapis. Arsitektur berlapis menempati sebagian besar dinding sel luar di daerah antara kutikula dan dinding sel primer yang kaya selulosa. Lapisan tersebut memiliki ketebalan antara 30 dan 200 nm dan menutupi seluruh sel.
Mikroskopi elektron transmisi menunjukkan bahwa arsitektur ini terdiri dari banyak lapisan gelembung kecil, yang berbeda dari matriks dalam kemampuan hamburan elektron dan indeks bias.
Gambar # 3
Gambar mikroskop pemindaian dan transmisi menunjukkan bahwa matriks tampaknya mengandung komponen kunci dari dinding sel tumbuhan yang khas, yaitu selulosa, hemiselulosa dan pektin. Pewarnaan ruthenium merah ( 3D ) menunjukkan kandungan pektin yang signifikan, dan pola difraksi elektron menunjukkan adanya selulosa pada cincin difraksi karakteristik dari kristal selulosa alami.
Perlu dicatat bahwa lapisan-lapisan yang kontras itu terpisah dan tetap berbeda satu sama lain, tetapi ketidakteraturan yang signifikan disebabkan oleh lapisan-lapisan yang berdekatan yang tidak paralel dan struktur bola yang tidak rata.
Pencitraan dinding sel epidermis ( 2E ) menunjukkan bahwa vesikula globular ini disusun menjadi lapisan kohesif di mana matriks dinding sel selulosa tetap dihubungkan oleh jembatan dan filamen ( 2B dan video di bawah).
Model struktur multilayer bola (sesuai dengan gambar 2D ).
Berdasarkan hal ini, struktur multilayer bola epidermis buah V. tinus terdiri dari lipid yang tertanam dalam matriks dinding sel dengan menggunakan berbagai metode.
Selanjutnya, potongan kulit ari buah yang sangat tipis diekspos ke kloroform. Analisis ini sangat indikatif, karena kelarutan dalam pelarut organik non-polar merupakan indikasi yang jelas dari keberadaan lipid.
Gambar TEM dari area sampel yang sama sebelum ( 3A ) dan sesudah ( 3Ba) paparan kloroform menunjukkan bahwa struktur bola telah dihilangkan dengan pengobatan. Pada gambar terakhir, kontras fase globular multilayer berkurang, sedangkan struktur kosong di dalam matriks tetap terlihat. Sebagai perbandingan, paparan air tidak mengubah ultrastruktur atau kontras gambar dari laminasi globular, yang menunjukkan bahwa material hanya dapat diekstraksi dengan pelarut non-polar. Selain itu, ketika para ilmuwan menggunakan imidazole-buffered osmium tetroxide (C 3 H 4 N 2 / OsO 4 ), yang berikatan dengan lipid, dalam proses fiksasi kimiawi , lapisan globular menjadi ternoda, yang menegaskan sifat lipidnya.
Dan ketika ruthenium red, yang mengikat pektin, digunakan, matriks dinding sel diwarnai, sedangkan struktur globular dihilangkan karena tidak adanya buffer imidazol.
Selama semua variasi pewarnaan yang diterapkan selama penelitian, garis gelap diamati di sekitar tetesan ( 3E ). Menurut para ilmuwan, ini mungkin menunjukkan adanya membran lipid, secara teoritis diperlukan pada antarmuka antara molekul hidrofobik dan polisakarida hidrofilik dinding sel sekunder.
Ilmuwan mengingatkan kita bahwa lipid terdiri dari berbagai struktur molekul, biasanya diklasifikasikan sebagai lilin, lemak, dan minyak, berdasarkan titik lelehnya.
Pada permukaan epidermis tanaman mudah ditemukan lilin, membentuk kutikula lilin tahan air. Lilin juga mencakup banyak struktur molekul, tetapi komponen utamanya adalah alkana, yang hampir tidak dapat dicerna, yaitu. tidak memiliki nilai gizi untuk burung. Lemak dan minyak, di sisi lain, adalah komponen nutrisi yang penting, karena mengandung lebih banyak energi per satuan volume daripada pati atau protein. Lemak biasanya dapat ditemukan dalam jumlah banyak pada biji, mis. jauh di dalam janin.
Dalam kasus buah V. tinusKedekatan struktur bola dengan biji besar yang kaya energi dan kutikula luar yang berlapis lilin membuat perbedaan antara lilin dan lemak sangat penting untuk memahami signifikansi fungsional dan asal struktur. Oleh karena itu, perlu ditentukan apakah gumpalan lipid adalah lilin yang tidak dapat dicerna atau lemak dan minyak bergizi. Untuk ini, mikroskop cahaya digunakan. Bagian
jaringan V. tinus fetus diinkubasi dengan Nile blue A (pigmen), yang menodai daerah kaya gumpalan dinding sel V. tinus biru atau biru-violet ( 3C).). Hal ini menunjukkan bahwa butiran tersebut adalah asam lemak bebas, dan bukan polimer cutin (komponen dari membran kutikuler), yang akan berubah menjadi merah muda atau merah.
Selain itu, pola difraksi elektron pada struktur bola berlapis banyak menunjukkan pola cincin yang jelas, yang berbeda dengan diagram dinding sel selulosa dengan karakteristik dua cincin kristal selulosa. Pola ini menunjukkan bahwa badan lipid kemungkinan berbentuk kristal dan, oleh karena itu, merupakan lipid monomer homogen daripada molekul terpolimerisasi seperti cutin.
Untuk memastikan bahwa struktur campuran matriks selulosa dan lapisan lipid yang diamati bertanggung jawab atas reflektifitas biru buah V. tinus, para ilmuwan telah memodelkan respons optiknya. Untuk ini, para ilmuwan mempelajari dua model matematika: susunan bola dua dimensi dan rata-rata pada satu set multilayers dua fase satu dimensi.
Gambar # 4
Algoritma rekayasa balik digunakan untuk memodelkan struktur dalam ruang dua dimensi sebagai rangkaian gugus bola. Skema 4A - 4C sesuai dengan model spektrum reflektansi. Algoritme ini memungkinkan berbagai jenis gangguan untuk secara independen dimasukkan ke dalam multilayer globular dengan menyesuaikan ukuran dan strukturnya, yaitu. Transformasi Fourier dari posisi partikel.
Dalam proses pemodelan, dipelajari hal-hal berikut ini: respon optik dari gelembung lipid berlapis dengan variasi derajat variasi diameter globul ( 4A).); gangguan pada sudut antara titik-titik yang berdekatan (parameter Sp, 4B ) dan ketidakteraturan pada jarak rata-rata antara gelembung yang berdekatan (parameter Sk, 4C ).
Pengenalan berbagai jenis gangguan ( 4A - 4C ) selalu memiliki efek yang sama pada respons optik multilayer bola, yaitu penurunan intensitas puncak.
Jadi, alih-alih mempertimbangkan setiap elemen gangguan secara terpisah, struktur dan komposisi bahan dari dinding sel V. tinus didekati oleh multilayers satu dimensi yang tidak teratur dengan indeks bias yang sesuai dengan selulosa (n = 1,55) dan lipid tumbuhan khas (n = 1,47). Distribusi ketebalan kedua material ditunjukkan pada4D . Dan reflektifitas, dimodelkan dengan menggunakan rata-rata di atas lapisan 1D, ditunjukkan pada Gambar 4E .
Memperkenalkan gangguan yang diamati dalam pengukuran penampang ke dalam model reflektor teratur yang koheren memperluas spektrum pantulannya.
Jika model tersebut memungkinkan para ilmuwan untuk memahami dengan tepat bagaimana V. tinus berries mendapatkan warnanya, maka pemodelan tidak mencakup kebutuhan akan mekanisme semacam itu.
Interaksi interspesifik terbesar di V. tinus dikaitkan dengan burung yang memakan buah tanaman yang menakjubkan ini. Perbandingan dengan sensitivitas spektral tit ( 1D) menunjukkan bahwa warna buah beri berada dalam kisaran yang secara visual signifikan untuk burung spesies ini.
Buah beri, tentu saja, tidak melayang di udara, tetapi menempel pada cabang tempat daun tumbuh - sebagai latar belakang visual. Untuk sebagian besar, latar belakang berwarna hijau karena pigmen klorofil dominan di daun. Klorofil memiliki karakteristik spektrum yang luas, dengan puncak pada 550 nm dan sedikit reflektifitas di bawah 500 nm, yang memberikan warna buah V. tinus kontras kromatik dengan dedaunan. Dengan kata lain, buah beri terlihat lebih terlihat dengan latar belakang daun seperti itu.
Mempertimbangkan bahwa sinyal visual sering menjadi prioritas burung, pewarnaan struktural lipid V. tinus berry dapat berfungsi sebagai sinyal visual yang kuat untuk burung lapar.
Mengingat warna makanan burung mungkin menjadi parameter utama untuk dimakan, warna V. tinus berries menandakan bahwa mereka dapat dimakan dan bergizi.
Hubungan antara warna buah dengan nilai gizinya telah dipelajari sebelumnya. Menurut beberapa laporan, tumbuhan buah berwarna gelap dari daerah Brazil kaya akan karbohidrat, sedangkan buah tumbuhan berwarna gelap dari daerah Mediterania kaya akan lemak.
Para ilmuwan percaya bahwa dalam kasus V. tinus, warna biru adalah sinyal bahwa buah beri kaya akan lemak nutrisi, yang menghasilkan warna ini.
Ilmuwan menyebut metode pensinyalan ini "jujur" atau "langsung" ketika konteks sinyal cocok dengan sumbernya (warna biru karena lipid - kandungan lipid tinggi). Metode pensinyalan ini agak mahal, karena penggunaan pigmentasi klasik akan lebih mudah bagi tanaman. Namun demikian, pengembalian yang diterima V. tinus dalam bentuk menarik perhatian burung dari spesies yang berbeda, ternyata mengatasi kekurangan tersebut.
Untuk pengenalan yang lebih rinci tentang nuansa penelitian ini, saya sarankan Anda melihat laporan para ilmuwan .
Epilog
Warna adalah komponen penting dari informasi visual yang diterima organisme hidup tentang dunia di sekitarnya. Banyak hewan menggunakan warnanya untuk menyamarkan, menarik pasangan, atau menakut-nakuti musuh. Beberapa dari taktik ini juga ada pada tumbuhan, tetapi yang paling penting adalah menjaga komunikasi antar spesies. Dalam kasus V. tinus, burung adalah mitra utama tanaman ini, yang diperlukan untuk menyebarkan benih jarak jauh, yang secara signifikan meningkatkan habitat V. tinus dan, oleh karena itu, peluang kelangsungan hidup spesies.
Rasa buah dari banyak tumbuhan tergantung pada seberapa besar keinginannya untuk menarik perhatian hewan dari berbagai spesies. Beberapa buah akan terasa enak, misalnya, untuk spesies burung tertentu, sedangkan untuk semua orang praktis tidak bisa dimakan. Dalam sistem yang kompleks seperti komunikasi antarspesies, peran penting dimainkan oleh derajat evolusi bersama spesies tumbuhan dan hewan yang membentuknya.
Warna biru laurel viburnum terletak pada asalnya yang tidak standar - struktur nano lipid yang terkandung di dinding sel epidermis V. tinus berries . Metode pewarnaan (struktural) ini, terutama karena lipid, sejauh ini hanya ditemukan di antara tanaman di V. tinus... Selain itu, pewarnaan lipid dapat memberi tahu burung tentang kandungan lipid yang tinggi pada buah beri, tidak peduli betapa anehnya kedengarannya.
Sinyal jujur, yang asalnya sesuai dengan konteksnya, cukup langka di alam. Penjelasan untuk kelangkaan ini cukup sederhana. Bayangkan Anda memiliki toko roti. Anda ingin menarik lebih banyak pelanggan, jadi Anda membagikan brosur. Oleh karena itu, sinyalnya memiliki satu konteks (kami memiliki roti yang enak), tetapi asalnya berbeda (saya tidak memiliki roti, tetapi sesuatu yang lebih baik adalah gambar roti, yaitu pamflet hanyalah selembar kertas). Jika Anda membagikan roti, itu akan menjadi sinyal yang jujur, tetapi jauh lebih mahal.
Arsitektur lipid multilayer sebelumnya seperti V. tinus berriestidak terlihat di biomaterial. Di masa lalu, tidak ada alat dan teknik yang canggih seperti sekarang, oleh karena itu banyak detail yang dicatat dengan tidak benar atau terlewat sama sekali.
Di masa depan, para ilmuwan bermaksud untuk menganalisis tanaman lain, yang, secara teori, mungkin juga memiliki struktur nano lipid yang serupa dan, oleh karena itu, merupakan metode non-standar untuk mewarnai buah. Selain itu, para ilmuwan yakin penelitian mereka dapat membantu menciptakan warna makanan yang lebih aman.
Terima kasih atas perhatiannya, tetap penasaran dan semoga akhir pekan Anda menyenangkan, guys! :)
Sedikit iklan
Terima kasih untuk tetap bersama kami. Apakah Anda menyukai artikel kami? Ingin melihat konten yang lebih menarik? Dukung kami dengan memesan atau merekomendasikan kepada teman, cloud VPS untuk pengembang mulai $ 4,99 , analog unik dari server level awal yang kami ciptakan untuk Anda: The Whole Truth About VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps dari $ 19 atau bagaimana membagi server dengan benar? (opsi tersedia dengan RAID1 dan RAID10, hingga 24 core dan hingga 40GB DDR4).
Apakah Dell R730xd 2x lebih murah di pusat data Equinix Tier IV di Amsterdam? Hanya kami yang memiliki 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV dari $ 199 di Belanda!Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - Dari $ 99! Baca tentang Bagaimana membangun infrastruktur bldg. sekelas dengan server Dell R730xd E5-2650 v4 dengan biaya € 9000 untuk satu sen?