Uit recent onderzoek is gebleken dat verschillende veelvoorkomende bloemsoorten ribbels op nanoschaal hebben op het oppervlak van hun bloembladen die zich met licht bemoeien wanneer ze vanuit bepaalde hoeken worden bekeken.

Deze nanostructuren verstrooien lichtdeeltjes in het blauwe tot ultraviolette kleurenspectrum, een subtiel effect genererend dat wetenschappers de 'blauwe halo' hebben genoemd.

Door kunstmatige oppervlakken te maken die 'blauwe halo's' nabootsten, wetenschappers konden het effect op bestuivers testen, in dit geval foeragerende hommels. Ze ontdekten dat bijen de blauwe halo kunnen zien, en gebruik het als een signaal om bloemen efficiënter te lokaliseren.

Terwijl de ribbels en groeven op een bloemblad naast elkaar liggen "als een pakje droge spaghetti", bij het analyseren van verschillende bloemsoorten ontdekten de onderzoekers dat deze strepen sterk in hoogte variëren, breedte en afstand - maar ze produceren allemaal een soortgelijk 'blauwe halo'-effect.

In feite, zelfs op een enkel bloemblad bleken deze lichtmanipulerende structuren verrassend onregelmatig te zijn. Dit is een fenomeen dat natuurkundigen omschrijven als 'stoornis'.

De onderzoekers concluderen dat deze "rommelige" bloemblad-nanostructuren waarschijnlijk vele malen onafhankelijk zijn geëvolueerd over bloeiende plantensoorten, maar bereikte hetzelfde lichtgevende resultaat dat de zichtbaarheid voor bestuivers vergroot - een voorbeeld van wat bekend staat als 'convergente evolutie'.

De studie werd uitgevoerd door een multidisciplinair team van wetenschappers van de plantenwetenschappen van de Universiteit van Cambridge, scheikunde en natuurkunde samen met collega's van de Royal Botanic Gardens Kew en het Adolphe Merkele Institute in Zwitserland.

De bevindingen worden vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Natuur .

"We waren er altijd van uitgegaan dat de wanorde die we in onze bloembladoppervlakken zagen slechts een toevallig bijproduct van het leven was - dat bloemen niet beter konden doen, " zei senior auteur prof. Beverley Glover, plantwetenschapper en directeur van Cambridge's Botanic Garden.

"Het was een echte verrassing om te ontdekken dat de aandoening zelf het belangrijke optische signaal genereert waarmee bijen de bloemen effectiever kunnen vinden."

"Als bioloog Ik betrap mezelf er soms op dat ik mijn collega's van natuurkundigen mijn excuses aanbied voor de stoornis in levende organismen - hoe rommelig hun ontwikkeling en lichaamsstructuren er in het algemeen uit kunnen zien."

"Echter, de wanorde die we zien in nanostructuren van bloembladen lijkt te zijn gebruikt door evolutie en helpt de bloemencommunicatie met bijen, ' zei Glover.

Alle bloeiende planten behoren tot de 'angiosperm'-lijn. Onderzoekers analyseerden enkele van de vroegst afwijkende planten uit deze groep, en vond geen halo-producerende bloembladen.

Echter, ze vonden verschillende voorbeelden van halo-producerende bloembladen onder de twee belangrijkste bloemgroepen (eenzaadlobbigen en eudicots) die tijdens het Krijt meer dan 100 miljoen jaar geleden ontstonden - samenvallend met de vroege evolutie van bloembezoekende insecten, in het bijzonder nectarzuigende bijen.

"Onze bevindingen suggereren dat de bloembladen die 'blauwe halo's' produceren, vele malen zijn geëvolueerd over verschillende bloemlijnen, allemaal convergeren op dit optische signaal voor bestuivers, ' zei Glover.

Soorten waarvan het team ontdekte dat ze halo-producerende bloembladen hadden, waren onder meer Oenothera stricta (een soort teunisbloem), Ursinia speciosa (een lid van de Daisy-familie) en Hibiscus trionum (bekend als 'Bloem van het uur').

Alle geanalyseerde bloemen vertoonden significante niveaus van schijnbare 'wanorde' in de afmetingen en afstand van hun bloemblad-nanostructuren.

"De enorme verscheidenheid aan anatomie van bloembladen, gecombineerd met de ongeordende nanostructuren, zou suggereren dat verschillende bloemen verschillende optische eigenschappen zouden moeten hebben, " zei dr. Silvia Vignolini, van Cambridge's Department of Chemistry, die het fysica-team van de studie leidde.

"Echter, we hebben waargenomen dat al deze bloembladstructuren een vergelijkbaar visueel effect produceren in het blauw-naar-ultraviolette golflengtegebied van het spectrum - de blauwe halo."

Eerdere studies hebben aangetoond dat veel bijensoorten een aangeboren voorkeur hebben voor kleuren in het violetblauwe bereik. Echter, planten hebben niet altijd de middelen om blauwe pigmenten te produceren.

"Veel bloemen missen het genetische en biochemische vermogen om de pigmentchemie in het blauwe tot ultraviolette spectrum te manipuleren, " zei Vignolini. "De aanwezigheid van deze ongeordende fotonische structuren op hun bloembladen biedt een alternatieve manier om signalen te produceren die insecten aantrekken."

De onderzoekers creëerden kunstmatig 'blauwe halo'-nanostructuren en gebruikten ze als oppervlakken voor kunstbloemen. In een "vliegarena" in een Cambridge-lab, ze testten hoe hommels reageerden op oppervlakken met en zonder halo's.

Hun experimenten toonden aan dat bijen het verschil kunnen waarnemen, sneller de oppervlakken met halo's vinden - zelfs wanneer beide soorten oppervlakken met hetzelfde zwarte of gele pigment zijn gekleurd.

Met behulp van belonende suikeroplossing in één type kunstbloem, en bittere kinine-oplossing in de andere, de wetenschappers ontdekten dat bijen de blauwe halo konden gebruiken om te leren welk type oppervlak de beloning had.

"Visuele systemen voor insecten zijn anders dan die van mensen, " legt Edwige Moyroud uit, van Cambridge's Department of Plant Sciences en de hoofdauteur van de studie. "In tegenstelling tot ons, bijen hebben een verhoogde fotoreceptoractiviteit in de blauw-UV-delen van het spectrum."

"Mensen kunnen enkele blauwe halo's identificeren - die afkomstig zijn van donker gepigmenteerde bloemen. Bijvoorbeeld de 'zwarte' tulpencultivar, bekend als 'Koningin van de nacht'."

"Echter, we kunnen geen onderscheid maken tussen een gele bloem met een blauwe halo en een zonder - maar onze studie wees uit dat hommels dat wel kunnen, " ze zei.

Het team zegt dat de bevindingen nieuwe kansen bieden voor de ontwikkeling van oppervlakken die goed zichtbaar zijn voor bestuivers, evenals het onderzoeken van hoe levende planten de niveaus van wanorde op hun bloembladoppervlakken beheersen. "De ontwikkelingsbiologie van deze structuren is een echt mysterie, ’ voegde Glover toe.