Mae ymchwilwyr Caergrawnt wedi dangos y gall planhigion reoli cemeg arwyneb eu petalau i greu signalau symudliw sy'n weladwy i wenyn.
Tra bod y rhan fwyaf o flodau’n cynhyrchu pigmentau sy’n ymddangos yn lliwgar ac yn gweithredu fel ciw gweledol i beillwyr, mae rhai blodau hefyd yn creu patrymau tri dimensiwn microsgopig ar eu harwynebau petalau. Mae'r haenau cyfochrog hyn yn adlewyrchu tonfeddi golau penodol i gynhyrchu effaith optegol symudedd nad yw bob amser yn weladwy i lygaid dynol, ond eto'n weladwy i wenyn.
Mae llawer o gystadleuaeth am sylw gan bryfed peillio ac—o ystyried bod 35% o gnydau’r byd yn dibynnu ar bryfed peillio anifeiliaid—gall deall sut mae planhigion yn gwneud patrymau petalau sy’n plesio peillwyr fod yn arwyddocaol ar gyfer cyfeirio ymchwil a pholisïau yn y dyfodol mewn amaethyddiaeth, bioamrywiaeth a chadwraeth.
Datgelodd ymchwil a arweiniwyd gan dîm yr Athro Beverley Glover yn Adran Gwyddorau Planhigion Caergrawnt fod mwy i batrwm petalau nag a ddaw i'r llygad. Roedd canlyniadau blaenorol yn dangos bod byclo mecanyddol o'r tenau, amddiffynnol cwtigl gallai haen ar wyneb y petalau sy'n tyfu ifanc sbarduno ffurfio cribau microsgopig.
Mae'r cribau lled-drefn hyn yn gweithredu fel gratiau diffreithiant sy'n adlewyrchu gwahanol donfeddi golau i greu effaith glas-halo wan yn y sbectrwm glas-UV y gall cacwn ei weld. Fodd bynnag, ni ddeallwyd pam mae'r rhychiadau hynny'n ffurfio mewn rhai blodau yn unig neu hyd yn oed ar rannau penodol o'r petalau yn unig.
Mae Edwige Moyroud, a ddechreuodd yr ymchwil hwn yn labordy’r Athro Glover ac sydd bellach yn arwain ei grŵp ymchwil ei hun yn Labordy Sainsbury, wedi datblygu’r hibiscws brodorol o Awstralia, Venice mallow (Hibiscus trionum), fel rhywogaeth fodel newydd i geisio deall sut a phryd mae'r nanostrwythurau hyn yn datblygu.
“Roedd ein model cychwynnol yn rhagweld bod faint o gelloedd sy'n tyfu a faint o gwtigl y mae'r celloedd hynny'n ei wneud yn ffactorau allweddol a oedd yn rheoli ffurfiant rhychiadau,” meddai Dr. Moyroud, “ond pan ddechreuon ni brofi'r model gan ddefnyddio gwaith arbrofol yn Fenis mallow cawsom wybod bod eu ffurfiant hefyd yn dibynnu’n fawr ar gemeg cwtigl, sy’n effeithio ar sut mae’r cwtigl yn ymateb i’r grymoedd sy’n achosi byclo.”
“Y cwestiwn nesaf yr ydym am ei archwilio yw sut y gall gwahanol gemegau newid priodweddau mecanyddol y cwtigl, fel deunydd adeiladu nanostrwythur. Mae’n bosibl bod cyfansoddiadau cemegol gwahanol yn arwain at gwtigl gyda phensaernïaeth wahanol neu gyda gwahanol anystwythder ac felly gwahanol ffyrdd o ymateb i’r grymoedd a brofir gan gelloedd wrth i’r petal dyfu.”
Datgelodd y prosiect hwn fod yna gyfuniad o brosesau yn cydweithio ac yn caniatáu i blanhigion siapio eu harwynebau. Ychwanegodd Dr. Moyroud, “Mae planhigion yn gemegwyr aruthrol ac mae'r canlyniadau hyn yn dangos sut y gallant diwnio cemeg eu cwtigl yn union i gynhyrchu gweadau gwahanol ar draws eu petalau. Gall patrymau a ffurfiwyd ar y raddfa ficrosgopig gyflawni ystod o swyddogaethau, o gyfathrebu â pheillwyr i amddiffyn rhag llysysyddion neu bathogenau.”
“Maen nhw’n enghreifftiau trawiadol o arallgyfeirio esblygiadol a thrwy gyfuno arbrofion a modelu cyfrifiannol rydym yn dechrau deall ychydig yn well sut y gall planhigion eu gwneud.”
Cyhoeddir y canfyddiadau yn Bioleg cyfredol.
“Mae’r mewnwelediadau hyn hefyd yn ddefnyddiol ar gyfer bioamrywiaeth a gwaith cadwraeth oherwydd eu bod yn helpu i egluro sut mae planhigion yn rhyngweithio â’u hamgylchedd,” meddai’r Athro Glover, sydd hefyd yn gyfarwyddwr Gardd Fotaneg Prifysgol Caergrawnt, lle y sylwodd yr ymchwilwyr gyntaf ar flodau llethol yr helygen yn Fenis.
“Er enghraifft, gall rhywogaethau sy’n perthyn yn agos ond sy’n tyfu mewn rhanbarthau daearyddol gwahanol fod â phatrymau petalau gwahanol iawn. Gallai deall pam fod patrwm petalau’n amrywio a sut y gallai hyn effeithio ar y berthynas rhwng y planhigion a’u peillwyr helpu i lywio polisïau’n well ar gyfer rheoli systemau amgylcheddol yn y dyfodol a chadwraeth bioamrywiaeth.”
Ymchwilio i'r hyn sy'n gyrru patrwm petalau 3D
Cymerodd yr ymchwilwyr agwedd fesul cam at yr ymchwiliadau. Fe wnaethon nhw arsylwi datblygiad petalau yn gyntaf a sylwi bod y patrymau cwtigl yn ymddangos pan fydd celloedd yn ymestyn, sy'n awgrymu bod twf yn bwysig. Yna penderfynon nhw a allai mesur paramedrau ffisegol sy'n gysylltiedig â thwf, megis ehangu celloedd a thrwch cwtigl, ragfynegi'r patrymau a welwyd yn ddigonol, a chanfod na allent wneud hynny. Yna cymerasant gam yn ôl i geisio nodi beth oedd ar goll.
Mae priodweddau defnydd, boed yn anorganig neu wedi'i gynhyrchu gan gelloedd byw fel y cwtigl, yn debygol o ddibynnu ar natur gemegol y defnydd hwn. Gyda hyn mewn golwg, penderfynodd yr ymchwilwyr edrych ar gemeg cwtigl, a chanfod, yn wir, bod hwn yn ffactor rheoli. I wneud hyn, defnyddiwyd dull newydd o'r maes cemeg yn gyntaf i ddadansoddi cyfansoddiad y cwtigl ar bwyntiau penodol iawn ar draws y petal. Dangosodd hyn fod ardaloedd petalau gyda gweadau cyferbyniol (llyfn neu rychiog) hefyd yn wahanol o ran cemeg eu harwyneb.
Wrth gymharu â chwtigl llyfn, canfuwyd bod gan y cwtigl rhesog lefelau uchel o asid dihydroxy-palmitig a chwyrau a lefelau isel o gyfansoddion ffenolig. Er mwyn profi a oedd cemeg cwtigl yn wirioneddol bwysig, fe wnaethant arloesi gyda dull trawsgenig yn Hibiscus i newid cemeg cwtigl yn uniongyrchol yn y planhigion, gan ddefnyddio genynnau tebyg i'r rhai y gwyddys eu bod yn rheoli cynhyrchu moleciwlau cwtigl mewn planhigyn model gwahanol, Arabidopsis.
Dangosodd hyn y gellir addasu gwead cwtigl, heb newid twf celloedd, dim ond trwy addasu cyfansoddiad cwtigl. Sut gall cemeg cwtigl reoli ei blygu 3D? Mae'r ymchwilwyr yn meddwl bod newid yn y cwtigl cemeg yn effeithio ar briodweddau mecanyddol y cwtigl oherwydd, hyd yn oed pan gânt eu hymestyn gan ddefnyddio dyfais arbennig, roedd petalau trawsgenig gyda chwtigl llyfn yn parhau'n llyfn, yn wahanol i'r rhai o blanhigion gwyllt.