Blomster hemmeligt signal til bier og andre fantastiske nanoteknologier gemt i planter

Blomster har et hemmeligt signal, der er specielt skræddersyet til bier, så de ved, hvor de skal samle nektar. Og ny forskning har netop givet os et større indblik i, hvordan dette signal virker. Mønstre i nanoskala på kronbladene reflekterer lyset på en måde, der effektivt skaber en "blå glorie" omkring blomsten, der hjælper med at tiltrække bierne og tilskynder til bestøvning.

Dette fascinerende fænomen burde ikke komme som en alt for stor overraskelse for videnskabsmænd. Planter er faktisk fulde af denne form for "nanoteknologi", der sætter dem i stand til at gøre alle mulige fantastiske ting, fra at rense sig selv til at generere energi. Og, hvad mere er, ved at studere disse systemer kan vi måske bruge dem i vores egne teknologier.

De fleste blomster fremstår farverige, fordi de indeholder lysabsorberende pigmenter, der kun reflekterer bestemte bølgelængder af lys. Men nogle blomster bruger også iris, en anden type farve, der produceres, når lys reflekteres fra strukturer eller overflader med mikroskopisk afstand.

De skiftende regnbuefarver, du kan se på en cd, er et eksempel på iris. Det er forårsaget af vekselvirkninger mellem lysbølger, der hopper af de tætsiddende mikroskopiske fordybninger i overfladen, hvilket betyder, at nogle farver bliver mere intense på bekostning af andre. Når din betragtningsvinkel skifter, de forstærkede farver ændrer sig for at give den glitrende, morphing farveeffekt, som du ser.

Mange blomster bruger riller mellem en og to tusindedele af en millimeter fra hinanden i voksbelægningen på deres overflade for at frembringe iriscens på lignende måde. Men forskere, der undersøger den måde, som nogle blomster bruger iris til at tiltrække bier til at bestøve, har bemærket noget mærkeligt. Afstanden og justeringen af ​​rillerne var ikke helt så perfekt som forventet. Og de var ikke helt perfekte på meget lignende måder i alle de typer blomster, de så på.

Disse ufuldkommenheder betød, at i stedet for at give en regnbue, som en cd gør, mønstrene fungerede meget bedre for blåt og ultraviolet lys end andre farver, skabe, hvad forskerne kaldte en "blå glorie". Der var god grund til at antage, at dette ikke var en tilfældighed.

Biernes farveopfattelse er forskudt mod den blå ende af spektret sammenlignet med vores. Spørgsmålet var, om fejlene i voksmønstrene var "designet" til at generere den intense blues, violer og ultravioletter, som bier ser stærkest. Mennesker kan lejlighedsvis se disse mønstre, men de er normalt usynlige for os mod røde eller gule pigmenterede baggrunde, der ser meget mørkere ud for bier.

Forskerne testede dette ved at træne bier til at forbinde sukker med to typer kunstige blomster. Den ene havde kronblade lavet ved hjælp af perfekt afstemte riste, der gav normal iris. Den anden havde mangelfulde arrangementer, der replikerede de blå glorier fra forskellige rigtige blomster.

De fandt ud af, at selvom bierne lærte at forbinde de iriserende falske blomster med sukker, de lærte bedre og hurtigere med de blå glorier. Fascinerende nok, Det ser ud til, at mange forskellige typer blomstrende planter kan have udviklet denne struktur separat, hver ved hjælp af nanostrukturer, der giver en let off-kilter iris for at styrke deres signaler til bier.

Lotus-effekten

Planter har udviklet mange måder at bruge denne slags strukturer på, effektivt gør dem til naturens første nanoteknologer. For eksempel, voks, der beskytter alle planters kronblade og blade, afviser vand, en egenskab kendt som "hydrofobicitet". Men i nogle planter, såsom lotus, denne egenskab forstærkes af formen af ​​voksbelægningen på en måde, der effektivt gør den selvrensende.

Voksen er arrangeret i en række keglelignende strukturer omkring fem tusindedele af en millimeter i højden. Disse er igen belagt med fraktale mønstre af voks i endnu mindre skalaer. Når vandet lander på denne overflade, den kan slet ikke klæbe til den og så danner den kugleformede dråber, der ruller hen over bladet og samler snavs op undervejs, indtil de falder af kanten. Dette kaldes "superhydrofobicitet" eller "lotuseffekten".

Smarte planter

Inde i planter er der en anden type nanostruktur. Når planter optager vand fra deres rødder ind i deres celler, trykket opbygges inde i cellerne, indtil det er som at være mellem 50 meter og 100 meter under havet. For at begrænse dette pres, cellerne er omgivet af en væg baseret på bundter af cellulosekæder mellem fem og 50 milliontedele af en millimeter på tværs af kaldet mikrofibriller.

De enkelte kæder er ikke så stærke, men når de først er formet til mikrofibriller, bliver de lige så stærke som stål. Mikrofibrillerne er derefter indlejret i en matrix af andre sukkerarter for at danne en naturlig "smart polymer", et særligt stof, der kan ændre dens egenskaber for at få planten til at vokse.

Mennesker har altid brugt cellulose som en naturlig polymer, for eksempel i papir eller bomuld, men videnskabsmænd udvikler nu måder at frigive individuelle mikrofibriller for at skabe nye teknologier. På grund af sin styrke og lethed, denne "nanocellulose" kunne have en lang række anvendelser. Disse omfatter lettere bildele, lav-kalorie fødevaretilsætningsstoffer, stilladser til vævsteknologi, og måske endda elektroniske enheder, der kunne være så tynde som et ark papir.

De måske mest forbløffende plantenanostrukturer er lysindsamlingssystemer, der fanger lysenergi til fotosyntese og overfører det til de steder, hvor det kan bruges. Planter er i stand til at flytte denne energi med en utrolig effektivitet på 90 %.

Vi har nu beviser for, at dette skyldes, at det nøjagtige arrangement af komponenterne i lysindsamlingssystemerne giver dem mulighed for at bruge kvantefysik til at teste mange forskellige måder at flytte energien på samtidigt og finde den mest effektive. Dette tilføjer vægt til ideen om, at kvanteteknologi kan hjælpe med at give mere effektive solceller. Så når det kommer til at udvikle ny nanoteknologi, det er værd at huske på, at planter kan være kommet der først.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.