بماذا تربط الصيف؟ بالنسبة للبعض ، هذه فترة إجازة طال انتظارها ، بالنسبة لشخص ما - إجازة ، ولشخص ما - الحرارة ، والاكتئاب وعدم الراحة. إذا نظرنا إلى الصيف من وجهة نظر فن الطهو ، فهذه هي فترة الخضار والفواكه والتوت ، التي نحبها ليس فقط لمذاقها وفوائدها ، ولكن أيضًا لمظهرها. كما نعلم من الدورة الأولية في علم الأحياء ، فإن ثمار العديد من النباتات لها خصائص معينة ، والغرض منها هو جذب الذواقة المحتملة. هذا عنصر مهم في تكتيكات توسيع المنطقة المتنامية. الغالبية العظمى من الفاكهة لها لون مشرق وعصير ، مما يدل على جودتها. المصدر الرئيسي لهذا اللون أو ذاك في التوت هو الصبغات الموجودة في القشر ، لكن هذه ليست تقنية الصباغة الوحيدة. وجد علماء من جامعة بريستول أن الغار الويبرنوم ( Viburnum tinus) يستخدم الهياكل النانوية الدهنية في جدران الخلايا لتلوين التوت ، وهو نوع غير معروف سابقًا من التلوين الهيكلي. ما هو الشيء غير المعتاد في هذه الهياكل النانوية الدهنية التي تعطي التوت لونًا أزرق داكنًا ، وما هو التطبيق العملي لهذا الاكتشاف؟ سوف يلقي تقرير العلماء الضوء على هذه الأسئلة. اذهب.
نتائج البحث
بطل الرواية في هذا العمل هو الغار الويبرنوم ( Viburnum tinus / viburnum tinus) - شجيرة دائمة الخضرة أو شجرة يصل ارتفاعها إلى 6 أمتار ، تنمو في منطقة البحر الأبيض المتوسط.
الويبرنوم تينوس أثناء الإزهار.
تثمر Viburnum tinus ثمارها عدة مرات خلال العام مع التوت الأزرق الداكن ، مما يوفر الغذاء للعديد من أنواع الطيور ، بما في ذلك الدخلة ذات الرأس الأسود (Sylvia atricapilla) و robin (erithacus rubecula). كما هو الحال مع أي نبات توت آخر ، فإن طيور V. tinus viburnum هي الطريقة الرئيسية لنشر البذور في مناطق جديدة.
سيلفيا أتريكابيلا (يسار) وإرتياكس روبيكولا (يمين).
للوهلة الأولى ، لا يوجد شيء مميز في هذا المصنع. شجيرة جميلة دائمة الخضرة تسعد الجماليات بين الناس والذواقة بين الطيور. ومع ذلك ، فإن الفحص التفصيلي للتوت يشير إلى خلاف ذلك. بينما تستخدم النباتات الأخرى مركبات كيميائية مختلفة لتلوين ثمارها ، فإن نبات الويبرنوم تينوس يستخدم التلوين الهيكلي. وعلى الرغم من كان يعتقد سابقا أن اللون الأزرق V. تينوس التوت و الناجمة عن وجود أصباغ الأنثوسيانين في قشرة، وهذا هو بطبيعة الحال ليس صحيحا.
الألوان الهيكلية شائعة جدًا بين الحيوانات: أجنحة الفراشة ، أصداف الخنفساء ، ريش الطاووس ، إلخ. يتشكل اللون في العلبة بسبب السمات الهيكلية النانوية للسطح ، والتي تسبب التداخل مع الضوء المرئي.
أمثلة من الألوان الهيكلية في الطبيعة: A- الكركديه الثلاثي (Hibiscus trionum) ؛ ب - خنفساء تاموسي (Chrysochroa fulgidissima) ؛ ج - فراشة من الأنواع Morpho rhetenor ؛ د - البعوض الشائع (Culex pipiens) ؛ E - الماوس البحر (Aphrodita aculeata)؛ F - خنفساء من الأنواع Pachyrhynchus argus ؛ ز - فراشة من الأنواع Parides sesostris.
خصوصية Viburnum Tinus ، التي جذبت انتباه العلماء ، هي أنها لا توضح آلية جديدة للتلطيخ الهيكلي فحسب ، بل هي أيضًا واحدة من النباتات القليلة القادرة على ذلك.
الصورة رقم 1
ثمار V. tinus ( 1C) تعكس الضوء اتجاهيًا (مما يمنحه مظهرًا معدنيًا) في المناطق الزرقاء والأشعة فوق البنفسجية من الطيف. يتم الاحتفاظ باستقطاب الضوء المنعكس إلى حد كبير ، مما يشير إلى أن التلوين هيكلي وليس مصطبغًا ، ناتجًا عن الانعكاس من جدار الخلية عالي التنظيم من epicarp الخارجي * ( 2A ).
Epicarp * - الطبقة الخارجية للجنين.عندما يتم تشريح هذا النسيج ، يتم تحرير صبغة أنثوسيانين حمراء داكنة. تمتص الصبغة الحمراء الداكنة تحتها ( 2A و 3 C ) الضوء الذي لا ينعكس بواسطة التركيب الفوتوني .
Image # 2
هذا الامتصاص يمنع تشتت الضوء الخلفي ، مما يزيد من رؤية الانعكاس الأزرق من الجدار الخارجي للخلية وبالتالي تحسين اللون الأزرق بشكل مرئي.
من هذه الملاحظات، يمكن بالفعل أن نخلص إلى أن لون V. تينوس الفواكه هو نتيجة لمزيج من البنية النانوية المادية التي تعكس بشكل انتقائي موجات الضوء الأزرق وطبقة قاعدة أصباغ تعزيز الزرقاء. بمعنى آخر ، اقتران الكيمياء والفيزياء.
لتوصيف البنى النانوية التي تخلق اللون الأزرق في الفاكهةV. tinus ، استخدم العلماء عدة طرق للفحص المجهري الإلكتروني. يُظهر
الفحص المجهري الإلكتروني للأنسجة الطازجة ( 2A ) بوضوح وجود بنية سميكة (10-30 ميكرومتر) متعددة الطبقات موازية لسطح الجنين ومدمجة في جدار الخلية الخارجية للخلايا فوق الرسغ. سطح الثمرة مغطى بقشرة شمعية (2-6 ميكرومتر) فوق بنية ذات طبقات. تحتل بنية الطبقات معظم جدار الخلية الخارجي في المنطقة الواقعة بين بشرة وجدار الخلية الأولية الغني بالسليلوز. الطبقات بسماكة 30 إلى 200 نانومتر وتغطي الخلية بأكملها.
يوضح المجهر الإلكتروني للإرسال أن هذه البنية تتكون من عدة طبقات من الفقاعات الصغيرة ، والتي تختلف عن المصفوفة في قدرة تشتت الإلكترون ومعامل الانكسار.
الصورة رقم 3
تظهر الصور المجهرية للمسح الضوئي والإرسال أن المصفوفة تحتوي على ما يبدو على المكونات الرئيسية لجدران الخلايا النباتية النموذجية ، وهي السليلوز والهيميسليلوز والبكتين. يُظهر تلطيخ الروثينيوم الأحمر ( ثلاثي الأبعاد ) محتوى بكتين مهمًا ، ويظهر نمط حيود الإلكترون وجود السليلوز على حلقات الحيود المميزة لبلورة السليلوز الطبيعية.
وتجدر الإشارة إلى أن الطبقات المتناقضة منفصلة وتظل متميزة عن بعضها البعض ، ولكن يتم إدخال اضطراب كبير من خلال الطبقات المجاورة غير المتوازية وتفاوت بنيتها الكروية.
يُظهر تصوير جدار خلية البشرة ( 2E ) أن هذه الحويصلات الكروية منظمة في طبقات مدمجة تظل من خلالها مصفوفة جدار خلية السليلوز متصلة بواسطة الجسور والخيوط ( 2B والفيديو أدناه).
نموذج هيكل متعدد الطبقات كروي (يتوافق مع صورة ثنائية الأبعاد ).
ويترتب على ذلك أن البنية الكروية متعددة الطبقات لبشرة ثمار V. tinus تتكون من دهون مدمجة في مصفوفة جدار الخلية باستخدام طرق مختلفة.
بعد ذلك ، تم تعريض شرائح رقيقة للغاية من بشرة الفاكهة للكلوروفورم. يعتبر هذا التحليل دليلاً للغاية لأن قابلية الذوبان في المذيبات العضوية غير القطبية هي مؤشر واضح على وجود الدهون.
صور TEM لنفس منطقة العينة قبل ( 3A ) وبعد ( 3Bأ) يشير التعرض للكلوروفورم إلى أن التركيب الكروي قد أزيل عن طريق المعالجة. في الصورة الأخيرة ، يتم تقليل تباين المرحلة الكروية متعددة الطبقات ، بينما تظل الهياكل الفارغة داخل المصفوفة مرئية. في المقارنة ، لم يغير التعرض للماء البنية التحتية أو تباين الصورة للصفائح الكروية ، مما يشير إلى أنه لا يمكن استخلاص المادة إلا بمذيبات غير قطبية. بالإضافة إلى ذلك ، عندما استخدم العلماء رابع أكسيد الأوزميوم المخزن بالإيميدازول (C 3 H 4 N 2 / OsO 4 ) ، والذي يرتبط بالدهون ، في عملية التثبيت الكيميائي ، أصبحت الطبقات الكروية ملطخة ، مما يؤكد طبيعتها الدهنية.
وعند استخدام أحمر الروثينيوم ، الذي يرتبط بالبكتين ، كانت مصفوفة جدار الخلية ملطخة ، بينما تمت إزالة البنية الكروية بسبب عدم وجود محلول إيميدازول.
خلال جميع اختلافات التلوين المطبقة أثناء الدراسة ، لوحظت خطوط داكنة حول الكريات ( 3E ). وفقًا للعلماء ، قد يشير هذا إلى وجود غشاء دهني ، وهو ضروري من الناحية النظرية في الواجهة بين الجزيئات الكارهة للماء وعديد السكاريد المحبة للماء في جدار الخلية الثانوي.
يذكرنا العلماء أن الدهون تتكون من مجموعة متنوعة من الهياكل الجزيئية ، وعادة ما تُصنف على أنها شموع ودهون وزيوت ، بناءً على درجة انصهارها.
على سطح البشرة من النباتات ، يمكن العثور بسهولة على الشموع ، وتشكيل بشرة شمعية مقاومة للماء. تحتوي الشموع أيضًا على العديد من الهياكل الجزيئية ، ولكن المكون السائد هو الألكانات ، وهي غير قابلة للهضم تقريبًا ، أي ليس لها قيمة غذائية للطيور. من ناحية أخرى ، تعتبر الدهون والزيوت من المكونات الغذائية الحيوية ، لأنها تحتوي على طاقة أكبر بكثير لكل وحدة حجم من النشا أو البروتينات. يمكن أن توجد الدهون بكميات كبيرة في البذور ، أي: بعمق داخل الجنين.
في حالة ثمار V. tinusإن القرب الشديد من البنية الكروية لكل من البذور الكبيرة الغنية بالطاقة والبشرة الخارجية الشمعية تجعل التمييز بين الشمع والدهون مهمًا بشكل خاص لفهم الأهمية الوظيفية وأصل الهيكل. لذلك ، من الضروري تحديد ما إذا كانت كريات الدهون عبارة عن شمع غير قابل للهضم أم دهون وزيوت مغذية. لهذا ، تم استخدام المجهر الضوئي.
الأنسجة أقسام V. تينوس الجنين و حضنت مع النيل الأزرق A (الصباغ)، التي تلطخ globule- منطقة غنية من V. تينوس جدار الخلية الأزرق أو الأزرق البنفسجي ( 3C). يشير هذا إلى أن الكريات عبارة عن أحماض دهنية حرة ، وليس بوليمر كوتين (أحد مكونات الغشاء الجلدي) ، والذي سيتحول إلى اللون الوردي أو الأحمر.
بالإضافة إلى ذلك ، يُظهر نمط حيود الإلكترون للهيكل الكروي متعدد الطبقات نمطًا حلقيًا متميزًا يختلف عن الرسم التخطيطي لجدار خلية السليلوز مع الحلقتين المميزتين لبلورات السليلوز. يشير هذا النمط إلى أن الأجسام الدهنية من المحتمل أن تكون بلورية ، وبالتالي فهي دهون أحادية متجانسة وليست جزيئات بلمرة مثل الكوتين.
للتأكد من أن التركيب المختلط الملحوظ لمصفوفة السليلوز والكريات الدهنية ذات الطبقات هي المسؤولة عن الانعكاس الأزرق لثمار V. tinus، قام العلماء بنمذجة استجابته البصرية. لهذا ، درس العلماء نموذجين رياضيين: مصفوفة ثنائية الأبعاد من المجالات ومتوسطها على مجموعة من الطبقات متعددة الطبقات ثنائية الأبعاد أحادية الطور.
الصورة # 4
تم استخدام خوارزمية الهندسة العكسية لنمذجة الهيكل في الفضاء ثنائي الأبعاد كسلسلة من العناقيد الكروية. تتوافق المخططات 4A - 4C مع طيف الانعكاس النموذجي المجاور. تسمح هذه الخوارزمية بإدخال أنواع مختلفة من الاضطراب بشكل مستقل في الطبقة الكروية متعددة الطبقات عن طريق ضبط الحجم والهيكل ، أي تحويل فورييه لموقف الجسيمات.
في عملية النمذجة ، تمت دراسة ما يلي: الاستجابة البصرية للكريات الدهنية ذات الطبقات بدرجات متفاوتة من التباين في قطر الكريات ( 4A) ؛ اضطراب في الزوايا بين الكريات المجاورة (المعلمة Sp ، 4B ) والاضطراب في متوسط المسافة بين الكريات المجاورة (المعلمة Sk ، 4C ). لطالما كان
لإدخال أنواع مختلفة من الاضطراب ( 4A - 4C ) نفس التأثير على الاستجابة البصرية للطبقات الكروية المتعددة ، أي انخفاض في شدة الذروة.
وبالتالي ، بدلاً من النظر في كل عنصر اضطراب على حدة ، تم تقريب البنية والتركيب المادي لجدار خلية V. tinus بواسطة طبقات متعددة الطبقات أحادية البعد غير مرتبة مع مؤشرات انكسارية تقابل السليلوز (n = 1.55) ودهن نباتي نموذجي (n = 1.47). يتم عرض توزيع سمك كلتا المادتين في4 د . ويظهر الشكل 4E الانعكاسية ، التي تم نمذجتها باستخدام متوسطات فوق طبقات 1D .
إدخال الاضطراب الذي لوحظ في قياسات المقطع العرضي في نموذج العاكس المرتب المتماسك يوسع طيف انعكاسه.
إذا سمح النموذج للعلماء بفهم كيفية حصول التوت على لونه بالضبط ، فإن النمذجة لا تغطي الحاجة إلى مثل هذه الآلية.
يرتبط أكبر تفاعل بين الأنواع في V. tinus مع الطيور التي تتغذى على توت هذا النبات المذهل. مقارنة مع الحساسية الطيفية للحلمة ( 1D) يوضح أن لون التوت يقع ضمن النطاق المهم بصريًا للطيور من هذا النوع.
التوت ، بالطبع ، لا يطفو في الهواء ، لكنه مرتبط بالفروع التي تنمو عليها الأوراق - خلفية بصرية. الخلفية خضراء في الغالب بسبب صبغة الكلوروفيل السائدة في الأوراق. يتميز الكلوروفيل بخاصية طيفية واسعة ، حيث تبلغ ذروة عند 550 نانومتر وقليل من الانعكاس أقل من 500 نانومتر ، مما يعطي لون ثمار V. tinus تباينًا لونيًا مع أوراق الشجر. بمعنى آخر ، تبدو التوت أكثر وضوحًا على خلفية هذه الأوراق.
بالنظر إلى أن الإشارات المرئية للطيور غالبًا ما تكون ذات أولوية ، فإن التلوين الهيكلي الدهني لتوت V. tinus يمكن أن يكون بمثابة إشارة مرئية قوية للطيور الجائعة.
بالنظر إلى أن لون طعام الطيور قد يكون المعلمة الأساسية للأكل ، فإن لون توت V. tinus يشير إلى أنها صالحة للأكل ومغذية.
تمت دراسة العلاقة بين لون الفاكهة وقيمتها الغذائية في وقت سابق. وفقًا لبعض التقارير ، فإن الثمار الداكنة لنباتات المنطقة البرازيلية غنية بالكربوهيدرات ، بينما الثمار الداكنة لنباتات منطقة البحر الأبيض المتوسط غنية بالدهون.
يعتقد العلماء أنه في حالة V. tinus ، فإن اللون الأزرق هو إشارة إلى أن التوت غني بالدهون المغذية ، والتي بالمناسبة تخلق هذا اللون.
يطلق العلماء على هذه الطريقة للإشارة "صادقة" أو "مباشرة" عندما يتطابق سياق الإشارة مع مصدرها (اللون الأزرق بسبب الدهون - نسبة عالية من الدهون). طريقة التأشير هذه مكلفة نوعًا ما ، لأن استخدام الصبغ الكلاسيكي سيكون أسهل على النبات. ومع ذلك ، فإن عودة V. tinus في شكل جذب انتباه الطيور من مختلف الأنواع ، على ما يبدو ، تتغلب على هذا العيب.
لمزيد من التعارف التفصيلي مع الفروق الدقيقة في الدراسة ، أوصي بالاطلاع على تقرير العلماء .
الخاتمة
يعد اللون مكونًا مهمًا للمعلومات المرئية التي تتلقاها الكائنات الحية حول العالم من حولها. تستخدم العديد من الحيوانات ألوانها للتمويه أو جذب الأصدقاء أو تخويف الأعداء. بعض هذه التكتيكات موجودة أيضًا في النباتات ، ولكن الأهم هو الحفاظ على التواصل بين الأنواع. في حالة V. tinus ، تعد الطيور الشريك الرئيسي لهذا النبات ، وهو ضروري لنشر البذور على مسافات طويلة ، مما يزيد بشكل كبير من موائل V. tinus ، وبالتالي ، فرص بقاء النوع.
يعتمد طعم ثمار العديد من النباتات على مدى رغبتها في جذب انتباه الحيوانات من مختلف الأنواع. ستكون بعض الفواكه لذيذة ، على سبيل المثال ، لأنواع معينة من الطيور ، بينما ستكون غير صالحة للأكل بالنسبة للآخرين. في مثل هذا النظام المعقد مثل التواصل بين الأنواع ، تلعب درجة التطور المشترك للأنواع النباتية والحيوانية التي تشكله دورًا مهمًا.
اللون الأزرق من الغار الويبرنوم يكمن في أصله غير قياسي - النانو الدهون الواردة في جدران خلايا البشرة من V. تينوس التوت . تم العثور حتى الآن على طريقة التلوين (الهيكلية) ، خاصةً بسبب الدهون ، بين النباتات فقط في V. tinus... بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يخبر تلطيخ الدهون الطيور عن نسبة عالية من الدهون في التوت ، بغض النظر عن مدى غرابة ذلك.
الإشارات الصادقة ، التي يتطابق أصلها مع سياقها ، نادرة جدًا في الطبيعة. تفسير هذه الندرة بسيط للغاية. تخيل أن لديك مخبز. تريد جذب المزيد من العملاء ، لذلك تقوم بتوزيع النشرات. لذلك ، الإشارة لها سياق واحد (لدينا كعكات لذيذة) ، لكن أصلها مختلف (ليس لدي كعكة ، لكن الشيء الأفضل هو رسم كعكة ، أي أن النشرة هي مجرد قطعة من الورق). إذا وزعت الكعك ، فسيكون ذلك بمثابة إشارة صادقة ، لكنه سيكون أكثر تكلفة.
سابقًا معماريات دهنية متعددة الطبقات مثل V. tinus berriesلم نر في المواد الحيوية. في الماضي ، لم تكن هناك أدوات وتقنيات متقدمة كما هو الحال الآن ، لذلك تم تسجيل العديد من التفاصيل بشكل غير صحيح أو فُقدت تمامًا.
في المستقبل ، يعتزم العلماء تحليل نباتات أخرى ، والتي ، من الناحية النظرية ، قد يكون لها أيضًا هياكل نانوية دهنية مماثلة ، وبالتالي ، طريقة غير قياسية لتلوين الفاكهة. بالإضافة إلى ذلك ، يعتقد العلماء أن أبحاثهم يمكن أن تساعد في إنشاء ألوان غذائية أكثر أمانًا.
شكرًا لاهتمامكم ، ابقوا فضوليين واستمتعوا بعطلة نهاية أسبوع رائعة يا شباب! :)
قليلا من الدعاية
أشكركم على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ تريد أن ترى المزيد من المحتويات الشيقة؟ ادعمنا من خلال تقديم طلب أو التوصية للأصدقاء ، VPS السحابية للمطورين من 4.99 دولارًا أمريكيًا ، وهو تناظرية فريدة من خوادم مستوى الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة حول VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 مراكز) 10 جيجا بايت DDR4 480 جيجا بايت SSD 1 جيجا بايت في الثانية من 19 دولار أو كيفية تقسيم السيرفر بشكل صحيح؟ (تتوفر الخيارات مع RAID1 و RAID10 وما يصل إلى 24 مركزًا وذاكرة DDR4 تصل إلى 40 جيجابايت).
هل Dell R730xd 2x أرخص في مركز بيانات Equinix Tier IV في أمستردام؟ فقط لدينا 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6 جيجا هرتز 14C 64 جيجا بايت DDR4 4x960 جيجا بايت SSD 1 جيجا بايت في الثانية 100 تلفزيون من 199 دولارًا في هولندا!Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - من 99 دولارًا! اقرأ عن كيفية بناء البنية التحتية للمبنى. فئة مع خوادم Dell R730xd E5-2650 v4 بتكلفة 9000 يورو مقابل فلس واحد؟