バナナの果実は、緑、黄色、または黒のいずれかです。バナナはブラックライトで見ると青く光ります。青い輝きは主に蛍光クロロフィルカタボライト (FCC) によって引き起こされると以前に仮定されていました.
科学は、顕微鏡を通してより詳細に見るだけで進歩しました。 「バナナ果実の蛍光青色の輝きは、symplasmic plastidial catabolism によるものではなく、細胞壁にエステル化された不溶性フェノールから生じる」というタイトルの最近の研究で、今年ジャーナル Plant Science に発表されました。 (Vol 275 p75-83) 、蛍光青色の輝きは主に細胞内で生成されたFCCによって引き起こされたという解釈に矛盾します。興味深い現象に新たな光を当てるために、現在の証拠が批判的に再考されました.
バナナが色や輝きを獲得したり失ったりするのはなぜですか?特定の分子の存在または非存在が、これらの色の変化の原因ですか?異なる光の下でバナナが緑、黄、赤、青、または黒に見える原因は、どの細胞内コンパートメントと分子ですか?友よ、答えは風に輝いています。
作品の意義
バナナの果実が紫外線の下で青く光るという事実は、科学的な解明が必要な興味深いトピックです。 10 年前、オーストリアの Bernhard Kräutler、Thomas Müller、Clemens Vergeiner、Simone Moser 教授によるいくつかの記事で、クロロフィルの分解と植物の蛍光に関する興味深いトピックが紹介されました。私たちは質問を提起し、PNAS や Angew Chem などの上位ジャーナルに掲載されたレポートの解釈の問題点を指摘しました。
この作業は、メキシコの研究機関である Cinvestav Irapuato の国立研究所 PlanTECC で行われました。この研究所は、植物フェノミクス (植物の表現型の全体的な特徴付け) に焦点を当てています。最先端の機器を使用します。 Biotek の Cytation 5 を使用して、トウモロコシ、ジャガイモ、トマト、バナナなどのいくつかの作物種における植物代謝産物の細胞内分布を示す詳細な顕微鏡分析の技術サービスを提供しています。
バナナ色の難問の紹介
バナナの成熟段階は、色と茶色の斑点の発生に基づいて区別できます。緑のクロロフィルは、皮が黄色になるにつれてバナナの果実が熟すと視覚的に消えます。青い輝きは主に蛍光クロロフィルカタボライト (FCC) によって引き起こされると以前は仮定されていました。 FCC に関するこれらの解釈は、2008 年から 2011 年の間にいくつかの新聞に掲載され、その結果、一般に受け入れられました。 2011 年にある学校の教師が、「リンゴは赤く、バナナは青くなる」というタイトルに触発されて自宅で実験を行いました。青く光るバナナは、livescience、ediblesciencefaire、nationalgeographic、phys.org、arstechnica、prospect、newscientist、telegraph.co.uk などのいくつかのインターネット サイトを通じて、世界中の学校のサイエンス フェアで人気のトピックになりました。
観察中の絶え間ない質問
教師は色の難問で生徒を感動させるかもしれませんが、科学者として、私たちは植物細胞の内部区画を蛍光顕微鏡で高解像度で調べなければならないと感じています。自家蛍光により、植物や細胞の代謝産物を可視化できます。蛍光イメージング技術は、バナナ果実だけでなく、葉のフェノミクスなどの植物研究の多くの分野にも適用できます。たとえば、シロイヌナズナのトリコームにはクロロフィル異化産物 (FCC) は含まれていませんが、下の写真に見られるように、いくつかのアルカロイドとフェノール化合物のために強く青色に光ります。
植物の生合成経路とその調節は、酵素と代謝産物の細胞内区画に強く依存しているため、代謝産物の細胞内分布を理解したいと考えています (Farre et al., 2001; Tiessen et al., 2002)。さらに、シグナル伝達は、細胞内の位置、フラックス、および膜トランスポーターの影響を受けます (Tiessen et al., 2012; Tiessen and Padilla-Chacon, 2013)。たとえば、サイトゾルまたはプラスチド内のスクロース、3PGA、Pi、およびトレハロース-6-P の濃度は、ジャガイモ塊茎のデンプン合成を調節します (Kolbe et al., 2005)。トウモロコシとオオムギの穀物では、細胞質ゾルからプラスチドへの ADP-グルコースの細胞内輸送がデンプン含有量を決定します (Tiessen et al., 2012)。 FCC がバナナの青色光の主な原因である場合、青色蛍光の細胞内起源は、可溶性 FCC 分子の細胞内蓄積と一致するはずです。
科学は、私たちがより詳細に観察したり、好奇心旺盛な生徒が一見些細な質問をしたりするときに進歩します。ある教師は、最初の実験では熟したバナナと熟していないバナナに目に見える違いがないことに不満を感じ、スーパーマーケットで入手できるものよりもはるかに緑色の果物を探す必要がありました (Tepolt, 2011)。 Moser et al の実験を再現しようとするとき （2009）では、サイトゾル、液胞、色素体の内部に青色の蛍光は見られませんでした。なぜだろう？細胞壁でのみ青色蛍光が検出されました。 1 つの観察が別の疑問につながります。クロロフィルの分解と FCCs の生成は細胞内で起こらなかったのでしょうか?気孔は最初に自身のクロロフィルを分解し、続いて蛍光 FCC が周囲の細胞に蓄積して青く光ったのでしょうか? Moser et al がなぜ 壊死斑の真ん中に気孔を検出しますか?バナナに関する明らかに単純な質問は、確立された科学的知識を超えると、より困難になります。バナナの強い青色蛍光は、本当に黄色の段階でのみ FCC が一時的に出現したためでしたか?
独自の結論に達するために詳細な観察を行う必要性
メキシコのバナナで実験を行ったところ、黄色いバナナだけでなく、緑や茶色のバナナも青く光ることに気付きました。すべてのバナナは多かれ少なかれ青く光りますが、光ります。熟していないバナナは青色光 (~450 nm) にさらされると赤 (~685 nm) の蛍光を発し、熟したバナナは UV 光 (~370 nm) にさらされると青色の蛍光を発します。
実際、バナナ果実の成熟過程で青色蛍光の発光量が大幅に増加することを確認しました。発生の異なる段階の植物サンプルを比較しました。実際、クロロフィルの赤色蛍光は、青色蛍光と負の相関がありました。これは、気孔細胞の周囲で最も顕著に見られました。青い蛍光のブラック ホールは、下の写真のように赤いクロロフィルの存在によって引き起こされました。
また、温室で栽培されたバナナの葉を調べたところ、以下に示すような同様の写真が得られました.黄色のバナナ組織は、緑色の組織よりも強い青色の蛍光を示します。繰り返しますが、私の結果は以前に公開された写真 (Vergeiner et al., 2013) と一致していました。青色蛍光の強度は、クロロフィル含有量と負の相関がありましたが、高校で学ぶように、相関は必ずしも直接的な因果関係を証明するとは限りません.
バナナの果肉も青く光りましたが、緑の葉緑素やFCCなどの異化物質は含まれていませんでした。バナナの果肉の青い蛍光は、熱帯雨林で食べられる食べ物を探しているコウモリや他の動物を引き付けるかもしれません.バナナに加えて、下の写真に見られるように私の爪も青く光りましたが、爪は哺乳動物にとって最良の栄養源ではありませんね?
蛍光ブルーのハローが一部のバナナにのみ現れるのはなぜですか?
Moser et al の報告に反して (2009) では、老化したバナナ果実の茶色の斑点の周りにある青い光輪を検出できませんでした。この観察結果は、ブルー ハローがバナナの熟成とクロロフィルの分解に固有の特徴ではないことを示唆しています。バナナの青色蛍光は、主に FCC によるものではありません。おそらくハローは、NADPH レベルと酸化還元代謝 (過敏反応) の増加により、特定の時点で一時的にしか現れません。
おそらくメキシコの果物は、殺菌剤処理により感染が少ない.おそらく、オーストリアでテストされた果物は、メキシコとは異なる方法で栽培または接種された. Moser et al によって報告されているように、FCC が壊死斑の周囲の青い光輪の主な原因であるかどうか (2009) は疑わしいままであり、さらなる調査が必要です。ボブ・ディランの歌は、この議論に合うように歌詞を少し調整すれば、学生たちに刺激を与えるかもしれません。友よ、答えは風に輝いている… 」
これらの調査結果は、ジャーナル Plant Science で 2018 年に公開された「バナナ果実の蛍光青色の輝きは、symplasmic plastidial catabolism によるものではなく、細胞壁にエステル化された不溶性フェノールから生じる」というタイトルの記事で説明されています。 (Vol 275 p75-83) .この作業は、植物フェノミクスに焦点を当てた国立研究所 PlanTECC の Cinvestav Irapuato の Axel Tiessen 博士によって行われました。
