Peneliti Cambridge telah menunjukkan bahwa tanaman dapat mengatur kimiawi permukaan kelopaknya untuk menghasilkan sinyal warna-warni yang terlihat oleh lebah.
Meskipun sebagian besar bunga menghasilkan pigmen yang tampak berwarna-warni dan berfungsi sebagai isyarat visual bagi penyerbuk, beberapa bunga juga menciptakan pola tiga dimensi mikroskopis pada permukaan kelopaknya. Lurik paralel ini memantulkan panjang gelombang cahaya tertentu untuk menghasilkan efek optik warna-warni yang tidak selalu terlihat oleh mata manusia, namun terlihat oleh lebah.
Ada banyak persaingan untuk mendapatkan perhatian dari para penyerbuk dan—mengingat 35% tanaman di dunia bergantung pada hewan penyerbuk—memahami bagaimana tanaman membuat pola kelopak yang menyenangkan para penyerbuk dapat menjadi hal yang penting untuk mengarahkan penelitian dan kebijakan masa depan di bidang pertanian, keanekaragaman hayati, dan konservasi.
Penelitian yang dipimpin oleh tim Profesor Beverley Glover di Departemen Ilmu Tanaman Cambridge mengungkapkan bahwa ada lebih banyak hal dalam pola kelopak daripada yang terlihat. Hasil sebelumnya menunjukkan bahwa tekuk mekanis bersifat tipis dan protektif kutikula lapisan pada permukaan kelopak muda yang sedang tumbuh dapat memicu terbentuknya tonjolan mikroskopis.
Punggungan semi-terurut ini bertindak sebagai kisi difraksi yang memantulkan panjang gelombang cahaya berbeda untuk menciptakan efek halo biru warna-warni yang lemah dalam spektrum biru-UV yang dapat dilihat lebah. Namun, mengapa lurik tersebut hanya terbentuk pada bunga tertentu atau bahkan hanya pada bagian kelopak tertentu saja belum diketahui.
Edwige Moyroud, yang memulai penelitian ini di laboratorium Profesor Glover dan sekarang memimpin kelompok penelitiannya sendiri di Laboratorium Sainsbury, telah mengembangkan kembang sepatu asli Australia, Venice mallow (Hibiscus trionum), sebagai spesies model baru untuk mencoba memahami bagaimana dan kapan struktur nano ini berkembang.
“Model awal kami memperkirakan bahwa seberapa banyak sel tumbuh dan seberapa banyak kutikula yang dihasilkan sel-sel tersebut merupakan faktor kunci yang mengendalikan pembentukan lurik,” kata Dr. Moyroud, “tetapi ketika kami mulai menguji model tersebut menggunakan karya eksperimental di Venice mallow kami menemukan bahwa pembentukannya juga sangat bergantung pada kimia kutikula, yang memengaruhi respons kutikula terhadap kekuatan yang menyebabkan tekuk.”
“Pertanyaan berikutnya yang ingin kami eksplorasi adalah bagaimana berbagai kimia dapat mengubah sifat mekanik kutikula, sebagai bahan pembangun struktur nano. Mungkin saja komposisi kimia yang berbeda menghasilkan kutikula dengan arsitektur yang berbeda atau kekakuan yang berbeda sehingga cara bereaksi yang berbeda terhadap gaya yang dialami sel seiring dengan pertumbuhan kelopak.”
Proyek ini mengungkapkan bahwa ada kombinasi proses yang bekerja sama dan memungkinkan tanaman membentuk permukaannya. Dr. Moyroud menambahkan, “Tanaman adalah ahli kimia yang hebat dan hasil ini menggambarkan bagaimana mereka dapat menyesuaikan kimia kutikula dengan tepat untuk menghasilkan tekstur berbeda di seluruh kelopaknya. Pola yang terbentuk pada skala mikroskopis dapat memenuhi berbagai fungsi, mulai dari komunikasi dengan penyerbuk hingga pertahanan terhadap herbivora atau patogen.”
“Mereka adalah contoh nyata dari diversifikasi evolusioner dan dengan menggabungkan eksperimen dan pemodelan komputasi, kami mulai memahami lebih baik bagaimana tanaman dapat memproduksinya.”
Temuan ini akan dipublikasikan di Sekarang Biologi.
“Wawasan ini juga berguna bagi keanekaragaman hayati dan pekerjaan konservasi karena mereka membantu menjelaskan bagaimana tanaman berinteraksi dengan lingkungannya,” kata Profesor Glover, yang juga direktur Cambridge University Botanic Garden, tempat para peneliti pertama kali memperhatikan warna-warni bunga mallow Venesia.
“Misalnya, spesies yang berkerabat dekat tetapi tumbuh di wilayah geografis berbeda dapat memiliki pola kelopak yang sangat berbeda. Memahami mengapa pola kelopak bervariasi dan bagaimana hal ini dapat mempengaruhi hubungan antara tanaman dan penyerbuknya dapat membantu memberikan informasi yang lebih baik dalam kebijakan pengelolaan sistem lingkungan dan konservasi keanekaragaman hayati di masa depan.”
Menyelidiki apa yang mendorong pola kelopak 3D
Para peneliti mengambil pendekatan bertahap dalam penyelidikan. Mereka pertama kali mengamati perkembangan kelopak dan memperhatikan bahwa pola kutikula muncul ketika sel memanjang, menunjukkan bahwa pertumbuhan itu penting. Mereka kemudian menentukan apakah mengukur parameter fisik yang berkaitan dengan pertumbuhan, seperti perluasan sel dan ketebalan kutikula, dapat secara memadai memprediksi pola yang diamati, dan ternyata hal tersebut tidak dapat dilakukan. Mereka kemudian mengambil langkah mundur untuk mencoba mengidentifikasi apa yang hilang.
Sifat suatu bahan, baik anorganik atau diproduksi oleh sel hidup seperti kutikula, kemungkinan besar bergantung pada sifat kimia bahan tersebut. Dengan mengingat hal ini, para peneliti memutuskan untuk melihat kimia kutikula, dan menemukan bahwa hal ini memang merupakan faktor pengendali. Untuk melakukan hal ini, pertama-tama mereka menggunakan metode baru dari bidang kimia untuk menganalisis komposisi kutikula pada titik-titik yang sangat spesifik di seluruh kelopak. Hal ini menunjukkan bahwa daerah kelopak dengan tekstur kontras (halus atau lurik) juga berbeda dalam kimia permukaannya.
Dibandingkan dengan kutikula halus, mereka menemukan kutikula lurik memiliki kadar asam dihidroksi-palmitat dan lilin yang tinggi serta kadar senyawa fenolik yang rendah. Untuk menguji apakah kimia kutikula memang penting, mereka kemudian memelopori pendekatan transgenik pada Hibiscus untuk mengubah kimia kutikula langsung pada tanaman, menggunakan gen serupa dengan yang diketahui mengendalikan produksi molekul kutikula di tanaman model berbeda, Arabidopsis.
Hal ini menunjukkan bahwa tekstur kutikula dapat dimodifikasi, tanpa mengubah pertumbuhan sel, cukup dengan memodifikasi komposisi kutikula. Bagaimana kimia kutikula mengontrol lipatan 3D-nya? Para peneliti berpendapat bahwa ada perubahan pada kutikula kimia mempengaruhi sifat mekanik kutikula karena, meskipun diregangkan menggunakan alat khusus, kelopak transgenik dengan kutikula halus tetap halus, tidak seperti kelopak tanaman tipe liar.