Τα λουλούδια έχουν ένα μυστικό σήμα που είναι ειδικά σχεδιασμένο για τις μέλισσες, ώστε να γνωρίζουν πού να συλλέγουν νέκταρ. Και η νέα έρευνα μόλις μας έδωσε μια καλύτερη εικόνα για το πώς λειτουργεί αυτό το σήμα. Τα μοτίβα νανοκλίμακας στα πέταλα αντανακλούν το φως με τρόπο που δημιουργεί αποτελεσματικά ένα "μπλε φωτοστέφανο" γύρω από το λουλούδι που βοηθά στην προσέλκυση των μελισσών και ενθαρρύνει την επικονίαση.
Αυτό το συναρπαστικό φαινόμενο δεν πρέπει να αποτελεί μεγάλη έκπληξη για τους επιστήμονες. Τα φυτά είναι πραγματικά γεμάτα από αυτό το είδος της «νανοτεχνολογίας», που τους επιτρέπει να κάνουν όλα τα είδη των καταπληκτικών πραγμάτων, από τον καθαρισμό τους έως την παραγωγή ενέργειας. τεχνολογίες.
Τα περισσότερα λουλούδια φαίνονται πολύχρωμα επειδή περιέχουν χρωστικές που απορροφούν το φως και αντανακλούν μόνο ορισμένα μήκη κύματος φωτός. Αλλά μερικά λουλούδια χρησιμοποιούν επίσης ιριδισμό, διαφορετικό τύπο χρώματος που παράγεται όταν το φως αντανακλάται από μικροσκοπικά τοποθετημένες δομές ή επιφάνειες.
Τα μεταβαλλόμενα χρώματα του ουράνιου τόξου που μπορείτε να δείτε σε ένα CD είναι ένα παράδειγμα ιριδισμού. Προκαλείται από αλληλεπιδράσεις μεταξύ των κυμάτων φωτός που αναπηδούν από τις μικρές μικροσκοπικές εσοχές στην επιφάνεια, γεγονός που σημαίνει ότι ορισμένα χρώματα γίνονται πιο έντονα σε βάρος άλλων. Καθώς η γωνία θέασης μετατοπίζεται, τα ενισχυμένα χρώματα αλλάζουν για να δώσουν το τρεμοπλαστικό, μορφοποιημένο εφέ χρώματος που βλέπετε.
Οι μέλισσες μπορούν να δουν ένα μπλε φωτοστέφανο γύρω από την πορφυρή περιοχή. (Edwige Moyroud) Πολλά άνθη χρησιμοποιούν αυλακώσεις μεταξύ ενός και δύο χιλιοστών ενός χιλιοστού χώρου στην επικάλυψη κεριού στην επιφάνεια τους για να παράγουν ιριδισμό με παρόμοιο τρόπο. Αλλά οι ερευνητές που διερευνούν τον τρόπο με τον οποίο ορισμένα λουλούδια χρησιμοποιούν ιριδισμό για να προσελκύσουν τις μέλισσες να επικονιάσουν έχουν παρατηρήσει κάτι περίεργο. Η απόσταση και η ευθυγράμμιση των αυλακώσεων δεν ήταν τόσο τέλεια όσο αναμενόταν. Και δεν ήταν τελείως τέλειοι με πολύ παρόμοιους τρόπους σε όλους τους τύπους λουλουδιών που εξέτασαν.
Αυτές οι ατέλειες σήμαιναν ότι αντί να δίνουν ένα ουράνιο τόξο σαν ένα CD, τα μοτίβα δούλεψαν πολύ καλύτερα για το μπλε και το υπεριώδες φως από άλλα χρώματα, δημιουργώντας αυτό που οι ερευνητές ονόμαζαν «μπλε φωτοστέφανο.» Υπήρχε καλός λόγος να υποψιαστεί κανείς ότι αυτό δεν ήταν δεν είναι σύμπτωση.
Η αντίληψη χρώματος των μελισσών μετατοπίζεται προς το μπλε άκρο του φάσματος σε σύγκριση με τη δική μας. Το ερώτημα ήταν αν τα ελαττώματα στα σχέδια κεριών "σχεδιάστηκαν" για να δημιουργήσουν τα έντονα μπλε, βιολέτες και υπεριώδεις που οι μέλισσες βλέπουν πιο έντονα. Οι άνθρωποι μπορούν περιστασιακά να δουν αυτά τα σχέδια, αλλά είναι συνήθως αόρατα σε εμάς ενάντια σε κόκκινα ή κίτρινα χρώματα φόντα που φαίνονται πολύ πιο σκοτεινά στις μέλισσες.
Οι ερευνητές το έδειξαν με την κατάρτιση των μελισσών για τη σύνδεση της ζάχαρης με δύο είδη τεχνητού λουλουδιού. Κάποιος είχε πέταλα που έγιναν χρησιμοποιώντας τέλεια ευθυγραμμισμένα πλέγματα που έδωσαν φυσιολογικό ιριδισμό. Το άλλο είχε ελαττωματικές διατάξεις που αναπαράγουν το μπλε halos από διαφορετικά αληθινά λουλούδια.
Διαπίστωσαν ότι αν και οι μέλισσες έμαθαν να συνδέουν τα ιριδίζοντα ψεύτικα λουλούδια με τη ζάχαρη, έμαθαν καλύτερα και γρηγορότερα με το μπλε halos. Συναρπαστικά, φαίνεται ότι πολλοί διαφορετικοί τύποι φυτών ανθοφορίας μπορεί να έχουν εξελιχθεί σε αυτή τη δομή ξεχωριστά, κάθε ένα από τα οποία χρησιμοποιεί νανοδομές που δίνουν ελαφριά ιριδίζουσα δύναμη για να ενισχύσουν τα σήματα τους στις μέλισσες.
Περίμενε ένα λεπτό! Αυτό δεν είναι ένα λουλούδι. (Edwige Moyroud) **********
Τα φυτά έχουν εξελίξει πολλούς τρόπους για να χρησιμοποιήσουν αυτές τις δομές, κάνοντας τους πρώτους νανοτεχνολόγους της φύσης. Για παράδειγμα, τα κεριά που προστατεύουν τα πέταλα και τα φύλλα όλων των φυτών απωθούν το νερό, μια ιδιότητα γνωστή ως «υδροφοβία». Αλλά σε ορισμένα φυτά, όπως ο λωτός, η ιδιότητα αυτή ενισχύεται από το σχήμα της επικάλυψης κεριού με τρόπο που καθιστά αυτόματα τον καθαρισμό.
Το κερί είναι διατεταγμένο σε μια σειρά κωνικών δομών περίπου πέντε χιλιοστών του ύψους ενός χιλιοστού. Αυτά με τη σειρά τους είναι επικαλυμμένα με φράκταλ πρότυπα κεριού σε ακόμη μικρότερες κλίμακες. Όταν το νερό προσγειώνεται σε αυτή την επιφάνεια, δεν μπορεί να κολλήσει σε αυτό καθόλου και έτσι σχηματίζει σφαιρικές σταγόνες που κυλούν στο φύλλο παίρνοντας βρωμιά κατά μήκος της διαδρομής μέχρι να πέσουν από την άκρη. Αυτό ονομάζεται "υπερφυγοφοβικότητα" ή το "φαινόμενο λωτού".
**********
Στα φυτά υπάρχει ένας άλλος τύπος νανοδομής. Καθώς τα φυτά απορροφούν νερό από τις ρίζες τους στα κύτταρά τους, η πίεση αυξάνεται μέσα στα κύτταρα, έως ότου είναι σαν να είναι μεταξύ 50 και 100 μέτρων κάτω από τη θάλασσα. Προκειμένου να συγκρατηθούν αυτές οι πιέσεις, τα κύτταρα περιβάλλονται από ένα τοίχωμα που βασίζεται σε δέσμες κυτταρινικών αλυσίδων μεταξύ πέντε και 50 εκατομμυριοστούχων χιλιοστού κατά μήκος των καλούμενων μικροϊνών.
Οι μεμονωμένες αλυσίδες δεν είναι τόσο ισχυρές, αλλά μόλις σχηματιστούν σε μικροϊνίδια, γίνονται τόσο ισχυρές όσο ο χάλυβας. Στη συνέχεια, τα μικροϊνίδια ενσωματώνονται σε μια μήτρα άλλων σακχάρων για να σχηματίσουν ένα φυσικό "έξυπνο πολυμερές", μια ειδική ουσία που μπορεί να μεταβάλει τις ιδιότητές της για να κάνει το φυτό να αναπτυχθεί.
Οι άνθρωποι χρησιμοποίησαν πάντα κυτταρίνη ως φυσικό πολυμερές, για παράδειγμα σε χαρτί ή βαμβάκι, αλλά οι επιστήμονες τώρα αναπτύσσουν τρόπους για να απελευθερώσουν μεμονωμένα μικροϊνίδια για τη δημιουργία νέων τεχνολογιών. Λόγω της αντοχής και της ελαφρότητάς του, αυτή η "νανοκυτταρίνη" θα μπορούσε να έχει ένα τεράστιο φάσμα εφαρμογών. Αυτά περιλαμβάνουν τα ελαφρύτερα εξαρτήματα αυτοκινήτων, τα πρόσθετα τροφίμων με χαμηλή περιεκτικότητα σε θερμίδες, τα ικριώματα για τη μηχανική των ιστών και ίσως ακόμη και ηλεκτρονικές συσκευές που θα μπορούσαν να είναι τόσο λεπτές όσο ένα φύλλο χαρτιού.
Ίσως οι πιο εκπληκτικές νανοδομές φυτών είναι τα συστήματα συλλογής φωτός που συλλαμβάνουν την φωτεινή ενέργεια για τη φωτοσύνθεση και την μεταφέρουν στις θέσεις όπου μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Τα φυτά είναι σε θέση να μεταφέρουν αυτή την ενέργεια με απίστευτη αποδοτικότητα 90 τοις εκατό.
Έχουμε τώρα αποδείξεις ότι αυτό συμβαίνει επειδή η ακριβής διάταξη των συστατικών των συστημάτων φωτοσύνθεσης τους επιτρέπει να χρησιμοποιούν την κβαντική φυσική για να δοκιμάσουν πολλούς διαφορετικούς τρόπους για να μετακινήσουν την ενέργεια ταυτόχρονα και να βρουν την πιο αποτελεσματική. Αυτό προσθέτει βάρος στην ιδέα ότι η κβαντική τεχνολογία θα μπορούσε να βοηθήσει στην παροχή αποδοτικότερων ηλιακών κυττάρων. Έτσι, όταν πρόκειται για την ανάπτυξη νέας νανοτεχνολογίας, αξίζει να θυμόμαστε ότι τα φυτά ίσως έχουν φτάσει πρώτα εκεί.
Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στην Η συζήτηση.
Stuart Thompson, Ανώτερη Λέκτορας στη Βιοχημεία Φυτών, Πανεπιστήμιο του Westminster
