Undersøgelse viser, at plantehydraulik skaber streaming elektrisk potentiale synkroniseret med biologisk ur

Når planter trækker vand fra deres rødder for at nære deres stængler og blade, producerer de et elektrisk potentiale, der kan udnyttes som en vedvarende energikilde. Som alle levende ting er planter imidlertid underlagt en døgnrytme - det biologiske ur, der løber gennem dag- og natcyklusser og påvirker biologiske processer. Hos planter omfatter denne daglige cyklus at fange lysenergi til fotosyntese og absorbere vand og næringsstoffer fra jorden om dagen og bremse dens vækstprocesser om natten.

I en undersøgelse offentliggjort i denne uge i Physics of Fluids , forklarede forskere fra Indian Institute of Technology Kharagpur, hvordan biologiske processer producerer spænding i planter og indvirkningen af ​​de cykliske dag- og natændringer på denne spænding.

"Dette streamingpotentiale, hovedsagelig en konsekvens af den naturlige energi, der er samlet i anlægget, tilbyder en vedvarende energikilde, der er kontinuerlig og kan være bæredygtig over lange perioder," sagde forfatter Suman Chakraborty. "Spørgsmålet, vi ønskede at besvare, var, hvor meget potentiale det kan producere, og hvordan påvirkes elektrisk potentiale af plantens biologiske ur?"

For at finde ud af det indsatte forfatterne elektroder i stilkene på vandhyacinter og fastgjorde reservoirer med elektroder til stykker af heldig bambus for nøje at undersøge, hvordan det elektriske potentiale ændrer sig afhængigt af typer af ioner, ionkoncentration og pH i væsken, der strømmer gennem planterne .

"Vores eureka-øjeblik var, da vores første eksperimenter viste, at det er muligt at producere elektricitet i en cyklisk rytme og den præcise sammenhæng mellem dette og plantens iboende daglige rytme," sagde Chakraborty. "Vi kunne præcist finde ud af, hvordan dette er relateret til vandtranspiration og de ioner, planten bærer via opstigningen af ​​saft."

Undersøgelsen kvantificerede spændingsreaktionen, der stammer fra bevægelsen af ​​ioner gennem plantens veje, der passer unikt med plantens daglige rytmer. Forfatterne opdagede, at planter aktivt kan moderere strømmen af ​​væske eller saft i synkronisering med dag- og natcyklusserne. De fandt også, at det elektriske strømningspotentiale stiger med nedsat koncentration af ioner eller øget pH i væsken.

"Vi genopdagede ikke kun anlæggets elektriske rytme ved at artikulere den i form af spændinger og strømme, men vi gav også indsigt i potentielt at udnytte elektrisk effekt fra planter på en bæredygtig måde uden miljøpåvirkning og ingen forstyrrelse af økosystemet," sagde Chakraborty .

"Resultaterne kan hjælpe med at udvikle biomimetiske, naturinspirerede systemer, der kan adressere den globale energikrise med en miljøvenlig, bæredygtig løsning, hvor plantning af et træ ikke kun afhjælper kriserne med klimaændringer og faldende miljøkvalitet, men også giver en måde at udnytte elektricitet fra det."