Florile au un semnal secret, special adaptat pentru albine, astfel încât să știe unde să colecteze nectarul. Și noile cercetări tocmai ne-au oferit o mai bună cunoaștere a modului în care funcționează acest semnal. Modelele de nano-scară de pe petale reflectă lumina într-un mod care creează eficient un „halou albastru” în jurul florii care ajută la atragerea albinelor și încurajează polenizarea.
Acest fenomen fascinant nu ar trebui să fie o surpriză prea mare pentru oamenii de știință. Plantele sunt de fapt pline de acest tip de „nanotehnologie”, care le permite să facă tot felul de lucruri uimitoare, de la curățarea lor până la generarea de energie. Și, mai mult, studiind aceste sisteme, putem fi capabili să le utilizăm în tehnologii proprii.
Majoritatea florilor apar colorate, deoarece conțin pigmenți absorbtori de lumină care reflectă doar anumite lungimi de undă ale luminii. Dar unele flori folosesc și iridescență, un tip diferit de culoare produsă când lumina se reflectă din structuri sau suprafețe distanțate microscopic.
Culorile schimbătoare ale curcubeului pe care le puteți vedea pe un CD sunt un exemplu de iridescență. Este cauzată de interacțiunile dintre undele de lumină care sărind în afara indentărilor microscopice distanțate în suprafața sa, ceea ce înseamnă că unele culori devin mai intense în detrimentul altora. Pe măsură ce unghiul tău de vizionare se schimbă, culorile amplificate se schimbă pentru a da efectul de culoare strălucitor și morfant pe care îl vezi.
Albinele pot vedea un halou albastru în jurul regiunii purpurii. (Edwige Moyroud) Multe flori folosesc caneluri cuprinse între una și două mii de milimetri una de alta în stratul de ceară de pe suprafața lor pentru a produce iridescență într-un mod similar. Dar cercetătorii care cercetează modul în care unele flori folosesc iridescența pentru a atrage albinele la polenizare au observat ceva ciudat. Distanța și alinierea canelurilor nu au fost la fel de perfecte cum se aștepta. Și nu erau perfecte în moduri foarte similare în toate tipurile de flori privite.
Aceste imperfecțiuni au însemnat că, în loc să dea un curcubeu așa cum o face un CD, modelele au funcționat mult mai bine pentru lumina albastră și ultraviolată decât alte culori, creând ceea ce cercetătorii numeau „halo albastru”. Existau motive întemeiate pentru a suspecta că acest lucru nu era nu este o coincidență.
Percepția culorilor albinelor este deplasată spre capătul albastru al spectrului în comparație cu a noastră. Întrebarea a fost dacă defectele modelelor de ceară au fost „proiectate” pentru a genera albinele, violetele și ultravioletele intense pe care albinele le văd cel mai puternic. Oamenii pot vedea ocazional aceste modele, dar de obicei sunt invizibile pentru noi pe fundaluri pigmentate roșii sau galbene, care arată mult mai închis la culoare pentru albine.
Cercetătorii au testat acest lucru antrenând albinele pentru a asocia zahărul cu două tipuri de flori artificiale. Unul avea petale confecționate folosind grătare perfect aliniate, care dădeau o iridescență normală. Celălalt a avut aranjamente defecte care reproduc halosul albastru din diferite flori reale.
Ei au descoperit că, deși albinele au învățat să asocieze florile false iidiscente cu zahărul, au învățat mai bine și mai repede cu halosul albastru. Fascinant, se pare că multe tipuri diferite de plante cu flori ar fi putut evolua separat această structură, fiecare folosind nanostructuri care dau o iridiscență ușor în afara pentru a-și consolida semnalele către albine.
Așteptați un minut! Aceasta nu este o floare. (Edwige Moyroud) **********
Plantele au evoluat multe moduri de a folosi aceste tipuri de structuri, făcându-le în mod eficient primii nanotehnologi ai naturii. De exemplu, cearele care protejează petalele și frunzele tuturor plantelor resping apa, proprietate cunoscută sub numele de „hidrofobicitate”. Dar în unele plante, cum ar fi lotusul, această proprietate este îmbunătățită prin forma acoperirii cu ceară într-un mod care o face eficient auto-curățare.
Ceara este aranjată într-o serie de structuri asemănătoare conului, în jur de cinci mii de milimetri înălțime. Acestea sunt la rândul lor acoperite cu modele fractale de ceară la scări și mai mici. Atunci când apa aterizează pe această suprafață, nu se poate lipi deloc de ea și astfel formează picături sferice care se rostogolesc pe frunze ridicând murdăria de-a lungul drumului până când cad de pe margine. Aceasta se numește „superhidrofobicitate” sau „efect lotus”.
**********
În interiorul plantelor există un alt tip de nanostructură. Pe măsură ce plantele preiau apa din rădăcinile lor în celulele lor, presiunea se acumulează în interiorul celulelor până când este ca și cum ar fi între 50 de metri și 100 de metri sub mare. Pentru a conține aceste presiuni, celulele sunt înconjurate de un perete bazat pe mănunchiuri de lanțuri de celuloză cuprinse între cinci și 50 de milioane de milimetri de-a lungul numite microfibrilele.
Lanțurile individuale nu sunt atât de puternice, dar odată formate în microfibrele devin la fel de puternice ca oțelul. Microfibrilele sunt apoi încorporate într-o matrice de alte zaharuri pentru a forma un „polimer inteligent” natural, o substanță specială care își poate modifica proprietățile pentru a face planta să crească.
Oamenii au folosit întotdeauna celuloza ca polimer natural, de exemplu în hârtie sau bumbac, dar oamenii de știință dezvoltă acum modalități de a elibera microfibrilele individuale pentru a crea noi tehnologii. Datorită rezistenței și ușurinței sale, această „nanoceluloză” ar putea avea o gamă uriașă de aplicații. Acestea includ piese auto mai ușoare, aditivi alimentari cu calorii scăzute, schele pentru inginerie de țesuturi și poate chiar dispozitive electronice care ar putea fi la fel de subțiri ca o foaie de hârtie.
Poate cele mai uluitoare nanostructuri ale plantelor sunt sistemele de recoltare a luminii care captează energia luminii pentru fotosinteză și o transferă pe site-urile unde poate fi utilizată. Plantele sunt capabile să mute această energie cu o eficiență incredibilă de 90%.
Avem acum dovezi că acest lucru se datorează faptului că aranjarea exactă a componentelor sistemelor de recoltare a luminii le permite să folosească fizica cuantică pentru a testa multe moduri diferite de a muta energia simultan și de a găsi cele mai eficiente. Acest lucru adaugă greutate ideii că tehnologia cuantică ar putea ajuta la furnizarea de celule solare mai eficiente. Așadar, când vine vorba de dezvoltarea unei noi nanotehnologii, merită să ne amintim că este posibil ca plantele să fi ajuns acolo.
Acest articol a fost publicat inițial pe The Conversation.
Stuart Thompson, lector principal în biochimie vegetală, Universitatea din Westminster
