Blomsters hemmelige signal til bier og andre fantastiske nanoteknologier skjult i planter

Blomsters hemmelige signal til bier og andre fantastiske nanoteknologier skjult i planter
Bier kan se en blå halo rundt den lilla regionen.
Edwige Moyroud

Blomster har et hemmelig signal som er skreddersydd spesielt for bier så de vet hvor de skal samle nektar. Og ny forskning har nettopp gitt oss et større innblikk i hvordan dette signalet fungerer. Nanoskala mønstre på kronbladene reflekterer lyset på en måte som effektivt skaper en "blå halo" rundt blomsten som bidrar til å tiltrekke seg biene og oppfordrer til pollinering.

Dette fascinerende fenomenet bør ikke komme som for mye av en overraskelse for forskere. Planter er faktisk fulle av denne typen "nanoteknologi", som gjør det mulig for dem å gjøre alle slags fantastiske ting, fra å rense seg til å generere energi. Og ved å studere disse systemene kan vi kanskje sette dem i bruk i vår egen teknologi.

De fleste blomster virker fargerike fordi de inneholder lysabsorberende pigmenter som bare reflekterer visse bølgelengder av lys. Men noen blomster bruker også iridescens, en annen type farge som produseres når lyset reflekterer fra mikroskopisk fordelte strukturer eller overflater.

De skiftende regnbuefarger du kan se på en CD er et eksempel på iridescens. Det er forårsaket av samspill mellom lysbølger spretter av de tett fordelte mikroskopiske innrykk i overflaten, noe som betyr at noen farger blir mer intense på bekostning av andre. Når visningsvinkelen skifter, endres de forsterkede fargene for å gi den glitrende, morphing fargeffekten som du ser.

Mange blomster bruker spor mellom en og to tusendedeler av millimeter fra hverandre i voksbelegget på overflaten for å produsere iridescens på samme måte. Men forskere undersøker måten at noen blomster bruker iridescens for å tiltrekke bier å pollinere har la merke til noe merkelig. Avstanden og justeringen av sporene var ikke helt så perfekt som forventet. Og de var ikke helt perfekte på svært liknende måter i alle typer blomster som de så på.

Disse ufullkommenhetene betydde at i stedet for å gi en regnbue som en CD, virket mønstrene mye bedre for blått og ultraviolett lys enn andre farger, noe som skapte det som forskerne kalte en "blå halo". Det var god grunn til å mistenke at dette ikke var en tilfeldighet.

De fargeoppfattelse av bier er skiftet mot den blå enden av spektret sammenlignet med vår. Spørsmålet var om feilene i voksmønstrene var "designet" for å generere de intense blues, fiolettene og ultraviolettene som biene ser mest sterkt på. Mennesker kan av og til se disse mønstrene, men de er vanligvis usynlige mot oss mot røde eller gule pigmenterte bakgrunner som ser mye mørkere ut til bier.


Få det siste fra InnerSelf


Forskerne testet dette ved å trene bier for å knytte sukker med to typer kunstig blomst. En hadde kronblad gjort ved hjelp av perfekt justerte gitter som ga normal iridescens. Den andre hadde feilaktige ordninger som replikerte de blå haloene fra forskjellige virkelige blomster.

De fant at selv om biene lærte å knytte iriserende falske blomster med sukker, lærte de seg bedre og raskere med de blå haloene. Fascinerende ser det ut som at mange forskjellige typer blomstrende planter kan ha utviklet denne strukturen separat, hver med nanostrukturer som gir litt off-kilter iridescens for å styrke sine signaler til bier.

Lotus-effekten

Planter har utviklet seg mange måter å bruke slike strukturer, og gjør dem til naturens første nanoteknologer. For eksempel støtter voksene som beskytter kronbladene og bladene av alle planter vann, en egenskap som kalles "hydrofobicitet". Men i noen planter, som for eksempel lotus, blir denne egenskapen forsterket av formen på voksbelegget på en måte som effektivt gjør det selvrensende.

Voksen er arrangert i en rekke kjegleformede konstruksjoner omtrent fem tusendedel av en millimeter i høyden. Disse er igjen belagt med fraktalmønster av voks på enda mindre skalaer. Når vann lander på denne overflaten, kan det ikke holde seg til det i det hele tatt, og det danner sfæriske dråper som ruller over bladet og plukker opp smuss underveis til de faller utenfor kanten. Dette kalles "superhydrophobicity"Eller" lotus-effekten ".

Smarte planter

Innenfor planter er det en annen type nanostruktur. Som planter tar opp vann fra sine røtter inn i sine celler, bygger trykket inn i cellene til det er som å være mellom 50 meter og 100 meter under sjøen. For å inneholde disse pressene, er cellene omgitt av en vegg basert på bunter av cellulosekjeder mellom fem og 50 millionths av en millimeter på tvers av kalt mikrofibriller.

De enkelte kjedene er ikke så sterke, men når de blir dannet i mikrofibriller blir de like sterke som stål. Mikrofibrillene er da innebygd i en matrise av andre sukkerarter for å danne en naturlig "smart polymer", en spesiell substans som kan forandre egenskapene for å få planten til å vokse.

Mennesker har alltid brukt cellulose som en naturlig polymer, for eksempel i papir eller bomull, men forskere utvikler nå måter å frigjøre individuelle mikrofibriller for å skape ny teknologi. På grunn av sin styrke og lyshet, kunne denne "nanocellulosen" ha et stort utvalg av applikasjoner. Disse inkluderer lettere bildeler, Matvarer med lavt kaloriinnhold, stillas for vevsteknikk, og kanskje til og med Elektroniske enheter som kan være like tynne som et ark.

Kanskje de mest forbløffende plante nanostrukturene er lyssamlingssystemene som fanger lysenergi for fotosyntese og overfører den til de stedene hvor den kan brukes. Planter er i stand til å flytte denne energien med en utrolig 90% effektivitet.

Den ConversationVi har nå bevis på at dette skyldes at det nøyaktige arrangementet av komponentene til lyshøstingssystemene gir dem mulighet til å bruke kvantefysikk til å teste mange forskjellige måter å flytte energien samtidig og finn den mest effektive. Dette legger vekt på ideen om at kvanteteknologi kan bidra til å gi mer effektive solceller. Så når det gjelder å utvikle ny nanoteknologi, er det verdt å huske at planter kanskje har kommet dit først.

Om forfatteren

Stuart Thompson, universitetslektor i plantebiokemi, University of Westminster

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på Den Conversation. Les opprinnelige artikkelen.

Relaterte bøker:

{amazonWS: searchindex = Bøker; søkeord = bierbestøvning; maxresults = 3}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

følg InnerSelf på

facebook-ikonettwitter-iconrss-ikonet

Få den siste via e-post

{Emailcloak = off}