Pszczoły widzą niebieską aureolę wokół fioletowego obszaru. Edwige'a Moyrouda

Kwiaty mają tajny sygnał, który jest specjalnie dostosowany dla pszczół więc wiedzą, gdzie zbierać nektar. A nowe badania właśnie dały nam lepszy wgląd w działanie tego sygnału. Wzory w nanoskali na płatkach odbijają światło w sposób, który skutecznie tworzy „niebieską aureolę” wokół kwiatu, która pomaga przyciągnąć pszczoły i zachęca do zapylania.

To fascynujące zjawisko nie powinno dziwić naukowców. Rośliny są w rzeczywistości pełne tego rodzaju „nanotechnologii”, która umożliwia im robienie wszelkiego rodzaju niesamowitych rzeczy, od oczyszczania się po generowanie energii. Co więcej, studiując te systemy, być może będziemy w stanie wykorzystać je w naszych własnych technologiach.

Większość kwiatów wydaje się kolorowa, ponieważ zawierają absorbujące światło pigmenty, które odbijają tylko niektóre długości fal światła. Ale niektóre kwiaty wykorzystują również opalizację, inny rodzaj koloru, który powstaje, gdy światło odbija się od mikroskopijnych struktur lub powierzchni.

Zmieniające się kolory tęczy, które można zobaczyć na płycie CD, są przykładem opalizacji. Jest to spowodowane przez interakcje między falami świetlnymi odbijając się od ciasno rozmieszczonych mikroskopijnych wgłębień na jego powierzchni, co oznacza, że ​​niektóre kolory stają się bardziej intensywne kosztem innych. Wraz ze zmianą kąta widzenia, wzmocnione kolory zmieniają się, dając efekt migotania, morfingu kolorów, który widzisz.

Wiele kwiatów wykorzystuje w woskowej powłoce na swojej powierzchni rowki w odległości od jednej do dwóch tysięcznych milimetra, aby w podobny sposób wytwarzać opalizację. Ale naukowcy badający sposób, w jaki niektóre kwiaty wykorzystują opalizację do przyciągania pszczół do zapylania, zauważyłem coś dziwnego. Rozstaw i wyrównanie rowków nie było tak idealne, jak oczekiwano. I nie były one całkiem doskonałe w bardzo podobny sposób we wszystkich rodzajach kwiatów, na które patrzyły.

Te niedoskonałości sprawiły, że zamiast dawać tęczę jak na płycie CD, wzory działały znacznie lepiej dla światła niebieskiego i ultrafioletowego niż inne kolory, tworząc coś, co naukowcy nazwali „niebieską aureolą”. Istniał dobry powód, by podejrzewać, że to nie był zbieg okoliczności.

Połączenia postrzeganie kolorów przez pszczoły jest przesunięty w kierunku niebieskiego końca widma w porównaniu do naszego. Pytanie brzmiało, czy wady we wzorach woskowych zostały „zaprojektowane” do generowania intensywnych błękitów, fioletów i ultrafioletów, które pszczoły widzą najmocniej. Ludzie mogą czasami zobaczyć te wzory, ale zazwyczaj są dla nas niewidoczne na tle o czerwonym lub żółtym zabarwieniu, które dla pszczół wydaje się znacznie ciemniejsze.

Naukowcy przetestowali to, szkoląc pszczoły, aby kojarzyły cukier z dwoma rodzajami sztucznych kwiatów. Jeden miał płatki wykonane z idealnie wyrównanych kratek, które dawały normalną opalizację. Drugi miał wadliwe aranżacje replikujące niebieskie aureole z różnych prawdziwych kwiatów.

Odkryli, że chociaż pszczoły nauczyły się kojarzyć opalizujące sztuczne kwiaty z cukrem, lepiej i szybciej uczyły się z niebieskimi aureolami. Fascynujące wydaje się, że wiele różnych rodzajów roślin kwitnących mogło osobno wyewoluować tę strukturę, z których każda wykorzystuje nanostruktury, które dają nieco nierówną opalizację, aby wzmocnić ich sygnały dla pszczół.

Efekt lotosu

Rośliny wyewoluowały wiele sposobów wykorzystania tego rodzaju struktur, skutecznie czyniąc je pierwszymi nanotechnologami natury. Na przykład woski, które chronią płatki i liście wszystkich roślin, odpychają wodę, co jest właściwością znaną jako „hydrofobowość”. Jednak w przypadku niektórych roślin, takich jak lotos, ta właściwość jest wzmocniona kształtem powłoki woskowej w sposób, który skutecznie sprawia, że ​​jest ona samooczyszczająca.

Wosk jest ułożony w szereg struktur przypominających stożki o wysokości około pięciu tysięcznych milimetra. Te z kolei pokryte są fraktalnymi wzorami wosku w jeszcze mniejszych skalach. Kiedy woda wyląduje na tej powierzchni, w ogóle nie może się do niej przykleić, dlatego tworzy kuliste krople, które toczą się po liściu, zbierając po drodze brud, aż opadną z krawędzi. To się nazywa "superhydrofobowość” lub „efekt lotosu”.

Inteligentne rośliny

Wewnątrz roślin znajduje się inny rodzaj nanostruktury. Gdy rośliny pobierają wodę z korzeni do swoich komórek, ciśnienie wewnątrz komórek narasta, aż do momentu, gdy znajdzie się między 50 a 100 metrów pod powierzchnią morza. Aby utrzymać te ciśnienia, komórki są otoczone ścianą opartą na wiązkach łańcuchów celulozy o średnicy od pięciu do 50 milionowych części milimetra, tzw. mikrofibryle.

Poszczególne łańcuszki nie są tak mocne, ale po uformowaniu się w mikrofibryle stają się mocne jak stal. Mikrofibryle są następnie osadzane w matrycy innych cukrów, tworząc naturalny „inteligentny polimer”, specjalną substancję, która może zmieniać swoje właściwości, aby roślina mogła rosnąć.

Ludzie zawsze używali celulozy jako naturalnego polimeru, na przykład w papierze lub bawełnie, ale naukowcy opracowują obecnie sposoby uwalniania pojedynczych mikrowłókien w celu stworzenia nowych technologii. Ze względu na swoją wytrzymałość i lekkość ta „nanoceluloza” może mieć szerokie zastosowanie. Obejmują one lżejsze części samochodowe, niskokaloryczne dodatki do żywności, rusztowania do inżynierii tkankoweja może nawet urządzenia elektroniczne, które mogą być tak cienkie jak kartka papieru.

Być może najbardziej zdumiewającymi nanostrukturami roślinnymi są systemy zbierania światła, które wychwytują energię świetlną do fotosyntezy i przekazują ją do miejsc, w których można ją wykorzystać. Rośliny są w stanie przenieść tę energię z niewiarygodną wydajnością 90%.

Mamy teraz dowody na to, że dzieje się tak, ponieważ dokładne rozmieszczenie komponentów systemów zbierania światła pozwala im używać fizyki kwantowej do testowania wielu różnych sposobów jednoczesnego przemieszczania energii i znajdź najskuteczniejsze. Zwiększa to wagę idei, którą technologia kwantowa może pomóc w zapewnieniu bardziej wydajne ogniwa słoneczne. Więc jeśli chodzi o rozwój nowej nanotechnologii, warto pamiętać, że rośliny mogły się tam znaleźć jako pierwsze.

O autorze

Stuart Thompson, starszy wykładowca biochemii roślin, University of Westminster

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki:

at Rynek wewnętrzny i Amazon