Иридесценция листьев бегонии

Растение, которое вы видите на этом фото, растет на подоконнике биологического факультета БГУ. Это один из типичных культурных сортов королевской бегонии (Begonia rex). Голубовато-серебристый отлив ее листьев — это оптический эффект, создаваемый иридопластами.

В природе существует два механизма формирования цвета — химическое (обусловленное пигментами) и структурное окрашивание. Пигменты, содержащиеся в листьях растений, придают им зеленую (хлорофилл), желто-оранжево-красную (каротиноидные пигменты) или сине-бордово-фиолетовую (антоцианы) окраску. Есть и примеры участия структурного цвета в окрашивании листьев. Структурное окрашивание — иридесценция, или иризация (от греч. iris, iridos «радуга»; см. iridescence), — возникает благодаря таким оптическим эффектам, как дифракция и интерференция. Эти эффекты создаются дифракционными решетками — структурами, в которых регулярно чередуются светоотражающие и несветоотражающие области. Размеры ячеек в такой решетке должны быть соразмерны длинам волн оптического спектра.

Сорт королевской бегонии под названием Capricorn («козерог»). Фото с сайта davesgarden.com

У бегоний структурный цвет на листьях встречается достаточно часто — например, среди сортов видов Begonia rex и Begonia pavolina. Недавние исследования обнаружили, что роль дифракционных решеток выполняет особый тип хлоропластов — иридопласты. Внутри любого хлоропласта имеются светособирающие структуры — тилакоиды. Тилакоиды собираются в стопки — граны. Оказалось, что иридесцентные свойства иридопластов определяются регулярным расположением в них гран, причем каждая грана состоит из равного числа тилакоидов. В результате получается структура, напоминающая фотонный кристалл.

Механизм иридесценции листьев бегонии связан с особой структурой их пластид. А — лист растения Begonia pavonina, Б — фотография иридопласта в клетке эпидермиса листа бегонии, В — иридопласт при рассмотрении в электронном микроскопе, Г — спектр отражаемых длин волн иридопласта, Д — тонкая микроструктура иридопласта, выявляемая при электронном микроскопировании. Иридесценция связана с регулярным расположением стопок тилакоидов в иридопласте. Рисунок из статьи M. Jacobs et al., 2016. Photonic multilayer structure of Begonia chloroplasts enhances photosynthetic efficiency

Исследования показали, что иридесценция листьев бегонии имеет функциональное значение: часть длин волн, рассеиваемых при дифракции, идет на фотосинтезирующие комплексы, и это позволяет использовать энергию фотонов даже в той области спектра, которая недоступна обычным хлоропластам. Это свойство важно для видов бегоний, произрастающих в затененных джунглях на островной части Малайзии, в частности, видов Begonia pavonina и Begonia rex. И конечно же, эта особенность не могла не стать предметом внимания селекционеров, создавших широкое разнообразие сортов декоративных культурных бегоний.

Разнообразие окрасок листьев бегоний в дикой природе и у культурных сортов. Вверху слева — дикорастущие бегонии вида Begonia pavonina. Фото с сайтов flickr.com/photos/epicphals, es.aliexpress.com, pinterest.com, fineartamerica.com, logees.com

Фото © Татьяны Романовской.

См. также о структурной окраске в оперении птиц:
1) Павлин-лейкист, «Элементы», 25.02.2017.

Татьяна Романовская