Ursinia speciosa est membre de la famille Daisy. La région à la base des pétales contient un pigment foncé, mais apparaît bleu en raison de la présence de nanostructures florales désordonnées à la surface des cellules. Crédit :Edwige Moyroud
Les dernières recherches ont révélé que plusieurs espèces de fleurs courantes ont des crêtes à l'échelle nanométrique à la surface de leurs pétales qui se mêlent à la lumière lorsqu'elles sont vues sous certains angles.
Ces nanostructures diffusent des particules lumineuses dans le spectre de couleur bleu à ultraviolet, générant un effet subtil que les scientifiques ont baptisé le « halo bleu ».
En fabriquant des surfaces artificielles qui reproduisaient des « halos bleus », les scientifiques ont pu tester l'effet sur les pollinisateurs, dans ce cas, les bourdons en quête de nourriture. Ils ont découvert que les abeilles peuvent voir le halo bleu, et l'utiliser comme un signal pour localiser les fleurs plus efficacement.
Alors que les arêtes et les rainures d'une surface de pétale s'alignent les unes à côté des autres "comme un paquet de spaghettis secs", lors de l'analyse de différentes espèces de fleurs, les chercheurs ont découvert que ces stries varient considérablement en hauteur, largeur et espacement - pourtant, tous produisent un effet de « halo bleu » similaire.
En réalité, même sur un seul pétale, ces structures manipulant la lumière se sont avérées étonnamment irrégulières. Il s'agit d'un phénomène que les physiciens qualifient de « désordre ».
Les chercheurs concluent que ces nanostructures de pétales « désordonnées » ont probablement évolué indépendamment plusieurs fois à travers les espèces de plantes à fleurs, mais a atteint le même résultat lumineux qui augmente la visibilité pour les pollinisateurs - un exemple de ce que l'on appelle «l'évolution convergente».
L'étude a été menée par une équipe multidisciplinaire de scientifiques des départements des sciences végétales de l'Université de Cambridge, chimie et physique avec des collègues des Jardins botaniques royaux de Kew et de l'Institut Adolphe Merkele en Suisse.
Les résultats sont publiés aujourd'hui dans la revue La nature .
"Nous avions toujours supposé que le désordre que nous voyions à la surface de nos pétales n'était qu'un sous-produit accidentel de la vie - que les fleurs ne pouvaient pas faire mieux, " a déclaré l'auteur principal, le professeur Beverley Glover, scientifique des plantes et directeur du Jardin botanique de Cambridge.
Vue de dessus en gros plan des stries microscopiques trouvées à la surface de la zone pigmentée sombre de Ursinia speciosa pétales. Prises en utilisant l'imagerie par microscopie électronique à balayage. Crédit :Tobias Wenzel
« Ce fut une véritable surprise de découvrir que le trouble lui-même est ce qui génère le signal optique important qui permet aux abeilles de trouver les fleurs plus efficacement. »
« En tant que biologiste, Je me retrouve parfois à m'excuser auprès de collègues physiciens pour le désordre des organismes vivants - à quel point leur développement et leurs structures corporelles peuvent sembler généralement désordonnés."
"Toutefois, le désordre que nous voyons dans les nanostructures des pétales semble avoir été exploité par l'évolution et finit par favoriser la communication florale avec les abeilles, " dit Glover.
Toutes les plantes à fleurs appartiennent à la lignée des « angiospermes ». Les chercheurs ont analysé certaines des premières plantes divergentes de ce groupe, et n'a trouvé aucune crête de pétale produisant un halo.
Cependant, ils ont trouvé plusieurs exemples de pétales produisant un halo parmi les deux principaux groupes de fleurs (monocotylédones et eudicots) qui ont émergé au cours de la période du Crétacé il y a plus de 100 millions d'années - coïncidant avec l'évolution précoce des insectes visitant les fleurs, en particulier les abeilles suceuses de nectar.
"Nos résultats suggèrent que les crêtes des pétales qui produisent des" halos bleus "ont évolué plusieurs fois à travers différentes lignées de fleurs, tous convergeant sur ce signal optique pour les pollinisateurs, " dit Glover.
Les espèces dont l'équipe a découvert qu'elles possédaient des pétales produisant des halos comprenaient Oenothera stricta (un type d'onagre), Ursinia speciosa (un membre de la famille des marguerites) et Hibiscus trionum (connu sous le nom de « Fleur de l'heure »).
Toutes les fleurs analysées ont révélé des niveaux significatifs de « désordre » apparent dans les dimensions et l'espacement de leurs nanostructures de pétales.
"La grande variété d'anatomies des pétales, combiné avec les nanostructures désordonnées, suggérerait que différentes fleurs devraient avoir des propriétés optiques différentes, " a déclaré le Dr Silvia Vignolini, du Département de chimie de Cambridge, qui a dirigé l'équipe de physique de l'étude.
Vue latérale rapprochée des stries microscopiques trouvées à la surface de la zone pigmentée sombre de Ursinia speciosa pétales. Ce sont les nanostructures qui diffusent les particules lumineuses pour créer l'effet de « halo bleu ». Prises en utilisant l'imagerie par microscopie électronique à transmission. Crédit :Tobias Wenzel
"Toutefois, nous avons observé que toutes ces structures de pétales produisent un effet visuel similaire dans la région de longueur d'onde du bleu à l'ultraviolet du spectre - le halo bleu."
Des études antérieures ont montré que de nombreuses espèces d'abeilles ont une préférence innée pour les couleurs dans la gamme violet-bleu. Cependant, les plantes n'ont pas toujours les moyens de produire des pigments bleus.
"De nombreuses fleurs n'ont pas la capacité génétique et biochimique de manipuler la chimie des pigments dans le spectre du bleu à l'ultraviolet, ", a déclaré Vignolini. "La présence de ces structures photoniques désordonnées sur leurs pétales offre un moyen alternatif de produire des signaux qui attirent les insectes."
Les chercheurs ont recréé artificiellement des nanostructures en « halo bleu » et les ont utilisées comme surfaces pour des fleurs artificielles. Dans une "arène de vol" dans un laboratoire de Cambridge, ils ont testé comment les bourdons réagissaient aux surfaces avec et sans halos.
Leurs expériences ont montré que les abeilles peuvent percevoir la différence, trouver les surfaces avec des halos plus rapidement - même lorsque les deux types de surfaces étaient colorées avec le même pigment noir ou jaune.
En utilisant une solution de sucre enrichissante dans un type de fleur artificielle, et une solution amère de quinine dans l'autre, les scientifiques ont découvert que les abeilles pouvaient utiliser le halo bleu pour savoir quel type de surface avait la récompense.
"Les systèmes visuels des insectes sont différents de ceux des humains, " explique Edwige Moyroud, du Département des sciences végétales de Cambridge et auteur principal de l'étude. « Contrairement à nous, les abeilles ont une activité photoréceptrice améliorée dans les parties bleu-UV du spectre."
"Les humains peuvent identifier des halos bleus - ceux émanant de fleurs à pigmentation foncée. Par exemple, le cultivar de tulipe 'noire', connue sous le nom de 'Reine de la nuit'."
"Toutefois, nous ne pouvons pas distinguer entre une fleur jaune avec un halo bleu et une sans - mais notre étude a révélé que les bourdons peuvent, " elle a dit.
L'équipe affirme que les résultats ouvrent de nouvelles opportunités pour le développement de surfaces très visibles pour les pollinisateurs, ainsi que d'explorer à quel point les plantes vivantes contrôlent les niveaux de désordre à la surface de leurs pétales. "La biologie du développement de ces structures est un vrai mystère, " ajouta Glover.
