Dionysia tapetodes 是一种常绿高山植物,春天会绽放鲜艳的黄色花朵,通常生长在严酷的山区环境中。与你常见的室内植物不同,它的叶子又小又厚,紧密地生长在一起,形成圆润的、类似圆顶的形状。剑桥大学植物生物学家 Raymond Wightman 表示,该物种看起来还有点毛茸茸的,因为它做了一些相当不寻常的事情:植物利用特化的毛状细胞生长出一种类似羊毛的物质,该物质会形成长长的丝状物,像“蜘蛛网一样”延伸到植物的叶子表面,Wightman 说道。
在一项 发表在《BMC Plant Biology》杂志上的新研究 中,Wightman 参与了这项研究,一支研究团队检查了这种“羊毛”的成分以及植物是如何制造它的。
研究人员使用了来自剑桥大学植物园的植物样本,这些样本最初是在 1970 年左右由一位布里斯托大学教授从该物种的原生境——从土库曼斯坦边境延伸到伊朗和阿富汗的山区——采集的。研究人员使用冷冻扫描电子显微镜,将几片叶子快速冷冻并切开,从而得以窥见正在产生羊毛丝的毛状细胞。
研究团队使用拉曼显微镜——这种显微镜通过镜头发射激光,产生一种可以分析以确定分子组成的颜色光谱——来确定这些羊毛丝的化学成分。他们识别出了一种名为“黄酮”的物质和两种相关的化学物质。研究人员使用另一种电子显微镜,对叶子进行了更精细的切片。
“这时我们第一次看到了这些孔洞,”Wightman 说。
通过电子显微镜,他们能够看到细胞壁上有小孔,宽度与羊毛纤维相当,细胞壁外有一层蜡状物质作为密封,防止细胞内容物溢出。植物似乎是在毛状细胞内部“烹饪”羊毛纤维,然后这些纤维通过细胞壁上的孔洞“探出头来”。
Wightman 表示,这些孔洞令人惊讶,因为植物细胞膜上的孔洞通常会导致灾难性的后果:“在细胞壁上打孔,它们就会破裂。”
由于电子显微镜只能观察固定时间的样本,研究团队实际上未能观察到打孔的实际过程。研究人员正在考虑未来的项目,希望能更清楚地了解羊毛的制作过程。“我们以前在生物学上从未见过这样的东西,”Wightman 说。
至于为什么 Dionysia tapetodes 会产生羊毛?这仍然是个谜。“当你考虑到山地植物有限的资源时——例如,它们通常得不到多少水,而且不得不忍受贫瘠的土壤和更高的紫外线照射——制造这种羊毛要付出很大的努力,”Wightman 说。研究人员推测,这可能是一种防晒剂,用于保护植物免受高海拔射线的伤害,因为一种不产生羊毛的近亲植物在夏季更容易变干。
“我认为植物是最好的化学家,而且永远都是,”Wightman 说。“它们将继续让我们惊叹。”