Цветята имат секретен сигнал, който е специално пригоден за пчелите, така че те знаят къде да събират нектар. И новите изследвания току-що ни дадоха по-голяма представа за това как работи този сигнал. Наноразмерните шарки върху венчелистчетата отразяват светлината по начин, който ефективно създава „син ореол“ около цветето, който спомага за привличането на пчелите и насърчава опрашването.
Това завладяващо явление не би трябвало да изненада твърде много за учените. Растенията всъщност са пълни с този вид „нанотехнологии“, което им позволява да правят всякакви невероятни неща, от почистване до генериране на енергия. И още повече, като изучаваме тези системи, бихме могли да можем да ги използваме в нашите собствени технологии.
Повечето цветя изглеждат цветни, защото съдържат пигменти, поглъщащи светлина, които отразяват само определени дължини на вълната на светлината. Но някои цветя също използват иридесценция, различен тип цвят, произвеждан, когато светлината се отразява от микроскопично разположени структури или повърхности.
Променящите се цветове на дъгата, които можете да видите на компактдиск, са пример за иридисценция. Причинено е от взаимодействия между светлинни вълни, отскачащи от близко разположените микроскопични вдлъбнатини в повърхността му, което означава, че някои цветове стават по-интензивни за сметка на други. Тъй като ъгълът ви на изместване се измества, усилените цветове се променят, за да дадат блестящ, морфиращ цветен ефект, който виждате.
Пчелите могат да видят син ореол около лилавия регион. (Edwige Moyroud) Много цветя използват жлебове между една и две хилядни от милиметъра един от друг в восъчното покритие на повърхността им, за да произведат иридисценция по подобен начин. Но изследователи, изследващи начина, по който някои цветя използват иридисценция, за да привлекат пчелите за опрашване, забелязали нещо странно. Разстоянието и подравняването на каналите не бяха толкова перфектни, колкото се очакваше. И не бяха съвсем перфектни по много сходни начини във всички видове цветя, които разглеждаха.
Тези несъвършенства означаваха, че вместо да дадат дъга, както CD, моделите работиха много по-добре за синята и ултравиолетова светлина, отколкото другите цветове, създавайки това, което изследователите нарекоха „син ореол“. Имаше основателна причина да се подозира, че това не е не е случайност.
Цветното възприемане на пчелите е изместено към синия край на спектъра в сравнение с нашия. Въпросът беше дали недостатъците във восъчните модели са „проектирани“ да генерират интензивното синьо, теменужка и ултравиолетови, които пчелите виждат най-силно. Хората понякога могат да виждат тези модели, но те обикновено са невидими за нас срещу червени или жълти пигментирани фонове, които изглеждат много по-тъмни за пчелите.
Изследователите тествали това, като обучавали пчелите да свързват захарта с два вида изкуствено цвете. Единият имаше венчелистчета, направени с помощта на перфектно подравнени решетки, които придаваха нормална иридесценция. Другият беше с недостатъци, подреждащ сините ореоли от различни истински цветя.
Те открили, че въпреки че пчелите се научили да свързват преливащи се фалшиви цветя със захар, те се научили по-добре и по-бързо със сините ореоли. Очарователно изглежда, че много различни видове цъфтящи растения може да са развили тази структура поотделно, като всяка от тях използва наноструктури, които дават леко разрушаване на иридесценцията, за да засилят сигналите си към пчелите.
Чакай малко! Това не е цвете. (Edwige Moyroud) **********
Растенията са разработили много начини за използване на този вид структури, което ефективно ги превръща в първите нанотехнологии в природата. Например, восъците, които защитават венчелистчетата и листата на всички растения, отблъскват водата, свойство, известно като „хидрофобност“. Но при някои растения, като лотоса, това свойство се усилва от формата на восъчното покритие по начин, който ефективно го прави самопочистване.
Восъкът е подреден в масив от конусоподобни структури с височина около пет хиляди от милиметър. Те от своя страна са покрити с фрактални шарки на восък при още по-малки мащаби. Когато водата кацне на тази повърхност, тя изобщо не може да се придържа към нея и така образува сферични капки, които се търкалят по листата, като събират мръсотия по пътя, докато не паднат от ръба. Това се нарича „суперхидрофобност“ или „ефект на лотос“.
**********
Вътре в растенията има друг вид наноструктура. Докато растенията поемат вода от корените си в клетките си, налягането се натрупва вътре в клетките, докато не е като между 50 и 100 метра под морето. За да се овладеят тези налягания, клетките са заобиколени от стена, базирана на снопове целулозни вериги между пет и 50 милиона милиметра, наречени микрофибрили.
Отделните вериги не са толкова силни, но след като се формират в микрофибрили, те стават толкова здрави, колкото стоманата. След това микрофибрилите се вграждат в матрица от други захари, за да образуват естествен „умен полимер“, специално вещество, което може да промени свойствата си, за да накара растението да расте.
Хората винаги са използвали целулозата като естествен полимер, например в хартия или памук, но учените сега разработват начини за освобождаване на отделни микрофибри за създаване на нови технологии. Поради своята сила и лекота, тази „наноцелулоза“ може да има огромен диапазон на приложение. Те включват по-леки части за автомобили, нискокалорични хранителни добавки, скелета за тъканно инженерство и може би дори електронни устройства, които могат да бъдат тънки като лист хартия.
Може би най-удивителните растителни наноструктури са системите за събиране на светлина, които улавят светлинна енергия за фотосинтеза и я пренасят в местата, където може да се използва. Растенията са в състояние да движат тази енергия с невероятните 90 процента ефективност.
Вече имаме доказателства, че това е така, защото точното разположение на компонентите на системите за събиране на светлина им позволява да използват квантова физика, за да тестват много различни начини за едновременно преместване на енергията и да намерят най-ефективния. Това добавя тежест към идеята, че квантовата технология може да помогне за осигуряването на по-ефективни слънчеви клетки. Затова, когато става дума за разработване на нови нанотехнологии, си струва да си спомним, че растенията може би са стигнали до там първо.
Тази статия първоначално е публикувана в The Conversation.
Стюарт Томпсън, старши преподавател по растителна биохимия, Университета на Уестминстър
