Die Forschung enthüllt die Wissenschaft hinter den blauen Beeren dieser Pflanze

An einem schönen Herbsttag im Jahr 2019 ging Miranda Sinnott-Armstrong die Pearl Street in Boulder, Colorado, entlang, als ihr etwas ins Auge fiel: eine kleine, besonders glänzende blaue Frucht an einem Strauch namens Lantana strigocamara. Während seine winzigen Trauben aus rosa, gelben und orangefarbenen Blüten und blauen Beeren im Frühling normalerweise die Fußgängerzone schmücken, rissen Stadtarbeiter diese gewöhnlichen Lantanas heraus, um sich auf die Wintersaison vorzubereiten.

Sinnott-Armstrong, Postdoktorandin für Ökologie und Evolutionsbiologie an der CU Boulder, fragte schnell, ob sie ein Exemplar mit ins Labor nehmen könne. Sie wollte wissen: Was hat diese Beeren so blau gemacht?

Die Ergebnisse von Sinnott-Armstrong werden jetzt in der Zeitschrift veröffentlicht Neuer Phytologe. Die Studie bestätigt Lantana strigocamara als der zweite dokumentierte Fall einer Pflanze, die blau gefärbte Früchte mit geschichteten Fettmolekülen erzeugt. Sie und ihre Co-Autoren veröffentlichten den allerersten dokumentierten Fall, in Schneeball tinusim Jahr 2020.

Die beiden Pflanzen gehören zu den weltweit nur sechs Pflanzen, von denen bekannt ist, dass sie die Farbtöne ihrer Früchte mithilfe eines Tricks des Lichts erzeugen, der als Strukturfarbe bekannt ist. Aber Sinnott-Armstrong hat eine Ahnung, dass es noch mehr gibt.

„Wir finden diese Dinge buchstäblich in unseren Hinterhöfen und auf unseren Straßen, die Leute haben einfach nicht nach strukturell gefärbten Pflanzen gesucht“, sagte Miranda Sinnott-Armstrong, Hauptautorin der neuen Studie. „Und doch, wenn man einfach auf der Pearl Street spazieren geht, denkt man: ‚Oh, da ist einer!’“

Strukturfarbe ist bei Tieren sehr verbreitet. Es gibt den ansonsten braunen Federn von Pfauen ihr leuchtendes Grün und vielen Schmetterlingen ihr leuchtendes Blau. Aber diese optische Täuschung ist laut Sinnott-Armstrong bei Pflanzen viel seltener.

Um ihre einzigartige Farbe zu erzeugen, verwenden diese blauen Früchte mikroskopische Strukturen in ihrer Haut, um Licht zu manipulieren und die Wellenlängen zu reflektieren, die unsere Augen als blau wahrnehmen, was ihr ein unverwechselbares metallisches Finish verleiht. Pigmentierte Farbe bewirkt das Gegenteil, indem sie ausgewählte sichtbare Lichtwellenlängen absorbiert. Das bedeutet, dass strukturgefärbte Beeren keine Farbe in sich tragen; Wenn Sie sie zerquetschen würden, würden sie sich nicht blau verfärben.

Wenn Sie die Haut einer Lantana-Frucht abziehen und gegen das Licht halten, sieht sie tatsächlich vollständig durchscheinend aus. Stellt man es aber auf einen dunklen Hintergrund, sieht es wieder blau aus, weil die Nanostrukturen auf der Oberfläche für die Farbreflexion verantwortlich sind.

Die Evolution der Farbe

Was ist besonders einzigartig an Lantana strigocamara– neben der Tatsache, dass die Farbe Blau in der Natur, insbesondere bei Früchten, recht selten ist – liegt darin, dass sie diese Strukturfarbe in ihrer Haut durch Schichten von Lipidmolekülen oder Fetten erzeugt.

Schneeball tinus ist die einzige andere Pflanze, von der bekannt ist, dass sie dasselbe tut, und Lantana und Schneeball hatte zuletzt vor über 100 Millionen Jahren einen gemeinsamen Vorfahren. Das heißt, die beiden Pflanzen haben diese gemeinsame Eigenschaft völlig unabhängig voneinander entwickelt.

„Es bringt uns auf die Suche nach anderen Gruppen, wo dies passiert, weil wir wissen, dass es auf verschiedene Arten geschehen kann“, sagte Stacey Smith, Co-Autorin der Veröffentlichung und außerordentliche Professorin für Ökologie und Evolutionsbiologie.

Die Forscher plaudern auch oft darüber, warum sich so etwas entwickelt. Bietet Strukturfarbe einen evolutionären Vorteil?

Einige theoretisieren, dass die Strukturfarbe bei der Samenverbreitung helfen könnte. Obwohl nur sehr wenige strukturell gefärbte Pflanzen bekannt sind, sind sie weltweit verbreitet. Lantana selbst ist in vielen Teilen der Welt invasiv, insbesondere in tropischen Regionen. Laut den Forschern ist es möglich, dass die metallisch glänzende Natur der Frucht einen starken Kontrast zum umgebenden Laub bildet und Tiere anzieht, sie zu fressen und ihre Samen zu verbreiten.

„Aber nur blau und glitzernd zu sein, könnte ausreichen, damit ein Tier denkt, es sei dekorativ“, sagte Smith.

Die Forscher stellten fest, dass viele Vögel, insbesondere in Australien, gerne strukturell gefärbte Früchte verwenden, um ihre Lauben zu schmücken und Partner anzulocken. Menschen können interessanterweise auch zur Verbreitung von beitragen Lantana aus dem gleichen Grunde.

„Die Tatsache, dass sie ihren Weg in den Gartenbau gefunden haben, deutet darauf hin, dass wir für die gleichen Dinge anfällig sind, die andere Tiere an ihnen attraktiv finden“, sagte Smith. „Wir denken, oh, sieh dir das funkelnde, süße Ding an. Ich sollte das in meinen Garten stellen.“

Eine andere Möglichkeit ist, dass die dicke Fettschicht, die diese einzigartige Farbe erzeugt, ein Schutzmechanismus für die Pflanze ist, der Abwehr von Krankheitserregern bietet oder die strukturelle Integrität der Frucht verbessert, sagte Sinnott-Armstrong.

Auch die Farbe Blau selbst könnte ein Hinweis sein.

Pigmentierte und strukturelle Farbe schließen sich bei Pflanzen nicht gegenseitig aus, aber vielleicht sind Pflanzen über strukturelle Farbe gestolpert, um Blau zu erzeugen, weil es auf andere Weise nicht so einfach zu erzeugen ist, sagte sie.

Einige Forscher im Labor von Silvia Vignolini an der Universität Cambridge – wo Sinnott-Armstrong derzeit ansässig ist – versuchen nun, farbige Farben, Stoffe und mehr aus Strukturfarbe herzustellen, indem sie die Anordnung von Zellulose-Nanokristallen in farbigen Früchten besser verstehen.

Die Forscher hoffen, mehr über die möglichen evolutionären Impulse für diesen Mechanismus zu erfahren, wenn mehr strukturell gefärbte Früchte entdeckt werden.

„Sie sind da draußen“, sagte Sinnott-Armstrong. „Wir haben sie nur noch nicht alle gesehen.“

Zu den Co-Autoren dieser Veröffentlichung gehören: Yu Ogawa, Université de Grenoble Alps; Gea Theodora van de Kerkhof, Universität Cambridge; und Silvia Vignolini, Universität Cambridge.