为了让自己被吃掉,这种果实长成了金属蓝

作者:翻译 胡琦琳来源:剑桥大学发布时间:2020-09-04

研究人员发现,有一种常见的植物果实因为其细胞结构的脂肪,会呈现出耀眼的蓝色。这也是首次在自然界的植物中观察到这种颜色。	

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地中海荚蒾的果实炫目的蓝色,来自于细胞结构中的脂肪。这是第一次在自然界中观察到由脂质形成的结构色。图片来源:Rox Middleton


地中海荚蒾(Viburnum tinus)是一种常绿灌木,广泛分布在英国和欧洲其他地区,可以结出富含脂肪的金属蓝色果实。耀眼的蓝色和丰富的营养的结合,使这些果实成为鸟类无法抗拒的食物,增加了种子传播的可能性,为植物的繁衍生长做出了贡献。


由剑桥大学领导的研究人员使用电子显微镜研究了这些蓝色水果的结构。虽然自然界中还有其他类型的结构色,如孔雀羽毛和蝴蝶翅膀的颜色,但这是首次发现这种结构中含有脂肪或脂质。研究结果发表在 Current Biology 期刊上。


“在英国和欧洲的大部分花园、街道都可以看到地中海荚蒾,很多人也都见过这种植物,只是我们可能没有意识到这种植物果实的颜色有多么的不寻常。”该研究的共同作者之一 Rox Middleton 说,她在剑桥大学化学系读博期间参与了这项研究。


自然界的大多数颜色是由色素构成。然而,自然界中有一些最明亮、色彩最丰富的物质,如孔雀羽毛、蝴蝶翅膀和蛋白石,它们的颜色与色素无关,而仅仅由内部结构产生,这一现象称为结构色。结构的不同排列方式可以反射特定的光,通过光和物质之间的相互作用产生颜色。


“我第一次注意到这些荧光蓝色的果实,是在佛罗伦萨看望家人的时候。”领导这项研究的剑桥大学化学系 Silvia Vignolini 博士说,“我觉得这种颜色很特别,但又不清楚为什么它会有这样的颜色。”


“地中海荚蒾果实的金属光泽非常罕见,所以我们使用了电子显微镜来研究细胞壁的结构。”共同第一作、耶鲁大学的 Miranda Sinnott-Armstrong 说,“我们发现了一种前所未闻的结构:一层又一层的小脂滴。”


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荚蒾果实显微照片。图片来源:Rox Middleton


这些脂质结构位于果实外果皮(epicarp)的细胞壁中。此外,在复杂结构的下面又有一层深红色的花青素,任何没有被脂质结构反射的光都会被下面的深红色色素吸收。这样就可以防止光线的背散射(backscattering),让果实看起来更蓝。


研究人员还利用计算机模拟表明,这种类型的结构可以产生荚蒾果实中所见的那种蓝色结构色。结构色现象在某些动物中很常见,尤其是鸟类、甲虫和蝴蝶,但在植物的果实中很少发现。


虽然大多数果实脂肪含量低,但是有的果实富含脂质 ,如鳄梨、椰子和橄榄,可以给动物提供重要的高能量食物。这对植物并没有直接的好处,但它可以通过吸引鸟类来促进种子的传播。


地中海荚蒾果实的颜色也可以作为其营养成分的标志:鸟类可以通过观察果实是否呈蓝色来判断它是否富含脂肪或碳水化合物。换句话说,因为脂质同时产生信号(颜色)和奖励(营养),这样的蓝色可能是一种“诚实信号(honest signal)”。


“据我们所知,诚实信号在植物果实中很少见。” Sinnott-Armstrong 说,“如果地中海荚蒾果实的结构色实际上是诚实信号,那么这将是一个很好的例子,在某种程度上来说,至少颜色和营养是来自同一部分:嵌在细胞壁中的脂质。我们以前从未见过这样的现象,也更加的好奇其他具有结构色的植物果实是否也有类似的纳米结构和营养成分。”


结构色的潜在应用是,它不需要不寻常的或具有破坏性的化学颜料,而可以使用任何材料形成颜色。“令人兴奋的是,这种植物使用了一种可能有营养的脂质来产生耀眼的荧光蓝色。这可能可以启发工程师们制造我们自己的具有双重用途的颜色。” Vignolini 说。


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