你把夏天和什么联系在一起？对于某些人来说，这是一个期待已久的假期，对于某人-一个假期，对于某人-则是热，闷热和不适。如果我们从美食的角度考虑夏季，那么这就是蔬菜，水果和浆果的时期，我们不仅因为它们的味道和益处，而且因为它们的外观而热爱。我们从生物学的最初课程就知道，许多植物的果实具有某些特性，其目的是吸引潜在的美食家。这是扩大种植面积策略的重要组成部分。绝大多数水果色泽鲜艳多汁，表明它们的美味。浆果中这种颜色的主要来源是果皮中的色素，但这并不是唯一的染色技术。布里斯托大学的科学家发现，月桂荚莲（Viburnum tinus）使用细胞壁中的脂质纳米结构为浆果着色，这是以前未知的结构着色变体。这些使浆果呈深蓝色的脂质纳米结构有什么异常之处？这项发现的实际应用是什么？科学家的报告将阐明这些问题。走。
研究成果
这项工作的主角是月桂树荚burn（Viburnum tinus / viburnum tinus）-一种常绿的灌木或树木，高至6米，生长在地中海地区。
在开花期间的荚莲属的植物锡。
荚荚果一年中多次结出深蓝色浆果，为许多鸟类提供食物，包括黑头莺（Sylvia atricapilla）和知更鸟（Erithacus rubecula）。与其他浆果植物一样，荚膜葡萄球菌的鸟类是将种子传播到新地区的主要方法。
Sylvia atricapilla（左）和Erithacus rubecula（右）。
乍一看，这种植物没有什么特别的。美丽的常绿灌木，使人与人之间的审美情趣与鸟类之间的美食家愉悦。然而，对浆果的详细检查表明并非如此。其他植物使用不同的化学化合物为果实着色，而荚burn荚us则使用结构着色。尽管以前认为V. tinus浆果的蓝色是由于其表皮中存在花青素色素引起的，但这自然不是事实。
动物区系中常见的结构颜色是：蝴蝶翅膀，甲壳虫，孔雀羽毛等。在这种情况下，颜色是由于表面的纳米级结构特征而形成的，从而导致对可见光的干扰。
自然中的结构色示例：A-三重芙蓉（Hibiscus trionum）；B-他摩mus甲虫（Chrysochroa fulgidissima）; C -Morpho rhetenor物种的蝴蝶；D-普通蚊子（Culex pipiens）；E-海鼠（Aphrodita aculeata）；F-甲虫Pachyrhynchus argus的甲虫；G-蝴蝶Parides sesostris的蝴蝶。
荚莲Tin的独特性吸引了科学家的注意，它不仅显示出结构染色的新机制，而且是能够做到这一点的少数植物之一。
图像1
的V. tinus的果实（1C）在光谱的蓝色和紫外线区域定向反射光（使其具有金属外观）。反射光的偏振很大程度上得以保留，表明着色是结构性的，而不是着色的，这是由于外果皮*（2A）的高度结构化的细胞壁反射所致。
果皮*是胎儿的外层。解剖该组织后，释放出深红色的花青素色素。光子结构未反射的光被其下方的暗红色颜料（2A和3C）吸收。
图像＃2
这种吸收可防止光向后散射，从而增加了从单元外壁反射的蓝色反射的可见度，从而从视觉上改善了蓝色。
从这些观察结果中，可以得出结论：田纳西州葡萄果实的颜色是选择性反射蓝光波的物理纳米结构与增强蓝色颜料的基础层结合的结果。换句话说，化学和物理的结合。
表征在水果中产生蓝色的纳米结构V. tinus，科学家使用了几种电子显微镜方法。
新鲜组织的扫描电子显微镜（2A）清楚地显示出存在一个厚（10–30 µm）的多层结构，该结构平行于胎儿表面并嵌入最外表皮细胞的细胞壁中。水果的表面覆盖有一层层状结构的蜡状表皮（2–6 µm）。层状结构占据了表皮和富含纤维素的原代细胞壁之间区域的大部分外细胞壁。这些层的厚度为30至200 nm，并覆盖整个单元。
透射电子显微镜显示该结构由许多小气泡层组成，这些小气泡层在电子散射能力和折射率方面与基质不同。
图像＃3
扫描和透射显微镜图像显示，基质似乎包含典型植物细胞壁的关键成分，即纤维素，半纤维素和果胶。钌红（3D）染色显示了明显的果胶含量，并且电子衍射图谱表明天然纤维素晶体的特征衍射环上存在纤维素。
应当注意的是，对比层是离散的并且彼此保持不同，但是由于不平行的相邻层及其球形结构的不均匀性而引入了显着的混乱。
表皮细胞壁（2E）的成像显示，这些球状囊泡被组织成结合层，通过这些结合层，纤维素细胞壁基质仍通过桥和细丝保持连接（2B和下面的视频）。
球状多层结构模型（对应于2D图像）。
由此可见，使用各种方法，葡萄果实表皮的球形多层结构由嵌入细胞壁基质中的脂质组成。
接下来，将水果表皮的超薄切片暴露于氯仿中。该分析具有高度指示性，因为在非极性有机溶剂中的溶解度清楚地表明了脂质的存在。
（3A）和（3B）之后同一样品区域的TEM图像a）暴露于氯仿表明该球状结构已通过处理去除。在最后一个图像中，多层球状相的对比度降低了，而矩阵中的空结构仍然可见。相比之下，暴露于水并没有改变球状层压板的超微结构或图像对比度，表明该材料只能用非极性溶剂提取。此外，当科学家使用咪唑缓冲的四氧化（C 3 H 4 N 2 / OsO 4）与脂质结合时，在化学固定过程中，球状层被染色，这证实了它们的脂质性质。
当使用与果胶结合的钌红时，细胞壁基质被染色，而球状结构由于不存在咪唑缓冲液而被去除。
在研究期间应用的所有染色变化过程中，在小球（3E）周围观察到深色轮廓。根据科学家的说法，这可能表明存在脂质膜，这在理论上是辅助细胞壁的疏水性分子与亲水性多糖之间的界面处必需的。
科学家提醒我们，脂质由多种分子结构组成，通常根据其熔点分为蜡，脂肪和油。
在植物表皮的表面上，很容易发现蜡，形成防水蜡质表皮。蜡还包括许多分子结构，但主要成分是烷烃，实际上是不易消化的，即烷烃。对鸟类没有营养价值。另一方面，脂肪和油是重要的营养成分，因为它们每单位体积比淀粉或蛋白质含有更多的能量。通常可以在种子中大量发现脂肪，即胎儿深处。
如果是V. tinus水果球形结构与大的，能量丰富的种子和蜡质外表皮非常接近，因此蜡和脂肪之间的区别对于理解结构的功能重要性和起源特别重要。因此，有必要确定脂质小球是不易消化的蜡还是营养性油脂。为此，使用光学显微镜。
胎儿葡萄胎的组织切片与尼罗河蓝A（色素）孵育，将其染色为蓝色或蓝紫色（3C，V.tinus细胞壁的富球状区域））。这表明小球是游离脂肪酸，而不是角质聚合物（表皮膜的成分），角质聚合物会变成粉红色或红色。
另外，多层球状结构的电子衍射图显示出清晰的环形图，这与具有特征性的两个纤维素晶体环的纤维素细胞壁的图不同。这种模式表明脂质体可能是结晶的，因此是均质的单体脂质，而不是诸如角质的聚合分子。
为了确认观察到的纤维素基质和分层脂质小球的混合结构是V. tinus果实的蓝色反射率的原因，科学家们对其光响应进行了建模。为此，科学家研究了两个数学模型：球的二维阵列和一组一维两相多层的平均。
图片＃4
使用逆向工程算法，将二维空间中的结构模拟为一系列球状簇。方案4A - 4C对应于相邻的建模反射光谱。该算法可让您通过调整大小和结构，将不同类型的疾病独立地引入球状多层体。粒子位置的傅立叶变换。
在建模过程中，对以下内容进行了研究：球状直径（4A）变化程度不同的层状脂质小球的光学响应）;相邻小球之间的角度（参数Sp，4B）的无序和相邻小球之间的平均距离（参数Sk，4C）的无序。
引入不同类型的无序（4A - 4C）总是对球状多层膜的光学响应具有相同的影响，即降低峰强度。
因此，不是单独考虑每个障碍元素，而是通过具有与纤维素（n = 1.55）和典型植物脂质（n = 1.47）对应的折射率的无序一维多层来近似V. tinus细胞壁的结构和材料组成。两种材料的厚度分布如图4D。在图4E中显示了使用1D层上的平均值建模的反射率。
将在横截面测量中观察到的无序引入相干有序反射器模型，可拓宽其反射光谱。
如果该模型允许科学家确切地了解田鼠浆果如何获得其颜色，则建模不能满足这种机制的需要。V. tinus中
最大的种间相互作用与以这种神奇植物的浆果为食的鸟类有关。与山雀的光谱灵敏度比较（一维）表明浆果的颜色在视觉上对于该物种的鸟类而言是显着的范围。
当然，浆果不会漂浮在空中，而是附着在叶子生长的树枝上-视觉背景。在很大程度上，由于叶子中占主导地位的叶绿素色素，背景为绿色。叶绿素具有很宽的光谱特性，在550 nm处有一个峰，在500 nm以下则几乎没有反射率，这使天竺葵果实的颜色与叶色形成鲜明的对比。换句话说，浆果在这种叶子的背景下看起来更加引人注目。
考虑到视觉信号通常是鸟类的优先考虑因素，田鼠浆果的脂质结构着色可以为饥饿的鸟类提供强烈的视觉信号。
考虑到鸟类食物的颜色可能是可食性的主要参数，田鼠浆果的颜色表明它们可食用且营养丰富。
水果的颜色与其营养价值之间的关系已有较早的研究。根据一些报道，巴西地区植物的深色水果富含碳水化合物，而地中海地区植物的深色水果富含脂质。
科学家认为，在V. tinus的情况下，蓝色是浆果富含营养脂质的信号，顺便说一下，这种颜色会产生这种颜色。
当信号的上下文与信号源相匹配时（由于脂质引起的蓝色-高脂质含量），科学家将这种发信号的方法称为“诚实”或“直接”。该信号传递方法相当昂贵，因为对于植物而言，使用经典色素沉淀会更容易。然而，V。tinus以吸引不同种类鸟类的注意力形式获得的回报显然克服了这一缺陷。
要更详尽地了解这项研究的细微差别，建议您查看科学家的报告。
结语
颜色是生物体收到的有关其周围世界的视觉信息的重要组成部分。许多动物都用它们的颜色伪装，吸引伴侣或吓跑敌人。这些策略中的一些也存在于植物中，但是最重要的是维持种间通讯。就V. tinus而言，鸟类是该植物的主要伙伴，是长距离传播种子所必需的，这大大增加了V. tinus的栖息地，因此也增加了该物种的生存机会。
许多植物的果实的味道取决于它们想要吸引各种动物的注意力的程度。例如，对于某些特定种类的鸟类，某些水果会很美味，而对于其他所有人，它们实际上是不可食用的。在诸如种间通讯这样的复杂系统中，构成它的动植物物种的共同进化程度起着重要作用。
月桂荚vi的蓝色在于它的非标准来源-伏牛果表皮细胞壁中所含的脂质纳米结构。迄今为止，这种染色（结构性）方法（特别是由于脂质引起的）仅在V. tinus植物中发现...此外，脂质听起来可以告诉鸟类浆果中的脂质含量很高，无论听起来多么奇怪。
本质上很少出现诚实信号，其来源与上下文相匹配。这种稀有性的解释很简单。假设您拥有一家面包店。您想吸引更多的客户，所以您分发传单。因此，信号具有一个上下文（我们有美味的bun头），但是其来源却不同（我没有a头，但是更好的方法是画bun头，即传单只是一张纸）。如果您分发面包，这将是一个诚实的信号，但价格会更高。
以前的多层脂质结构，如V. tinus浆果在生物材料中看不到。过去，没有像现在这样的高级工具和技术，因此许多细节记录不正确或被完全遗漏。
将来，科学家打算分析其他植物，从理论上讲，它们也可能具有相似的脂质纳米结构，因此，这是一种非标准的着色水果方法。此外，科学家们相信他们的研究可以帮助创造更安全的食用色素。
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