Blomster har et hemmeligt signal, der er specielt tilpasset bier, så de ved, hvor de skal samle nektar. Og ny forskning har netop givet os en større indsigt i, hvordan dette signal fungerer. Nanoskala-mønstre på kronbladene reflekterer lys på en måde, der effektivt skaber en "blå glorie" omkring blomsten, der hjælper med at tiltrække bier og tilskynder til bestøvning.
Dette fascinerende fænomen burde ikke være så overraskende for forskere. Planter er faktisk fulde af denne form for "nanoteknologi", der sætter dem i stand til at gøre alle slags fantastiske ting, fra at rense sig selv til at generere energi. Og hvad mere er, ved at studere disse systemer kan vi muligvis sætte dem i brug i vores egne teknologier.
De fleste blomster ser farverige ud, fordi de indeholder lysabsorberende pigmenter, der kun afspejler visse bølgelængder af lys. Men nogle blomster bruger også irisercens, en anden type farve, der produceres, når lyset reflekteres fra mikroskopisk fordelt strukturer eller overflader.
De skiftende regnbuefarver, du kan se på en CD, er et eksempel på iriserende virkning. Det er forårsaget af interaktioner mellem lysbølger, der spretter fra de tæt adskilte mikroskopiske indrykk i overfladen, hvilket betyder, at nogle farver bliver mere intense på bekostning af andre. Når din synsvinkel skifter, ændres de forstærkede farver for at give den skinnende, morfende farveeffekt, som du ser.
Bier kan se en blå glorie rundt om den lilla region. (Edwige Moyroud) Mange blomster bruger riller mellem en og to tusindedele af en millimeter fra hinanden i voksbelægningen på deres overflade for at frembringe iriserende virkning på en lignende måde. Men forskere, der undersøger måden, hvorpå nogle blomster bruger irisercens for at tiltrække bier til at bestøve, har bemærket noget mærkeligt. Afstanden og justeringen af rillerne var ikke så perfekt som forventet. Og de var ikke helt perfekte på meget lignende måder i alle de blomstertyper, de så på.
Disse ufuldkommenheder betød, at i stedet for at give en regnbue, som en CD gør, fungerede mønstrene meget bedre for blåt og ultraviolet lys end andre farver, hvilket skabte, hvad forskerne kaldte en ”blå glorie”. Der var god grund til at formode, at dette ikke var Det er ikke tilfældigt.
Bys farveopfattelse forskydes i retning af den blå ende af spektret sammenlignet med vores. Spørgsmålet var, om manglerne i voksmønstrene var "designet" til at generere de intense blues, violer og ultra-violer, som bier ser stærkest. Mennesker kan lejlighedsvis se disse mønstre, men de er normalt usynlige for os mod rød eller gul pigmenteret baggrund, der ser meget mørkere ud på bier.
Forskerne testede dette ved at træne bier til at knytte sukker til to typer kunstig blomst. Man havde kronblade lavet ved hjælp af perfekt justerede riste, der gav normal iridescens. Den anden havde mangelfulde arrangementer, der gentog de blå glorier fra forskellige ægte blomster.
De fandt, at selv om bierne lærte at forbinde de iriserende falske blomster med sukker, lærte de bedre og hurtigere med de blå glorier. Fascinerende ser det ud til, at mange forskellige typer blomstrende planter kan have udviklet denne struktur separat, hver ved hjælp af nanostrukturer, der giver en smule off-kilter iridescens for at styrke deres signaler til bier.
Vent et øjeblik! Dette er ikke en blomst. (Edwige Moyroud) **********
Planter har udviklet sig mange måder at bruge denne form for strukturer, hvilket effektivt gør dem til naturens første nanoteknologer. For eksempel frastøder vokerne, der beskytter kronbladene og blade af alle planter vand, en egenskab kendt som ”hydrofobicitet.” Men i nogle planter, såsom lotus, forbedres denne egenskab ved formen af voksbelægningen på en måde, som gør det effektivt selvrensende.
Voksen er arrangeret i en række kegle-lignende strukturer omkring fem tusindedele af en millimeter i højden. Disse er igen belagt med fraktale voksmønstre i endnu mindre skalaer. Når vand lander på denne overflade, kan det overhovedet ikke holde sig til det, og det danner derfor sfæriske dråber, der ruller hen over bladet og samler snavs op ad vejen, indtil de falder ud af kanten. Dette kaldes "superhydrofobicitet" eller "lotus-effekten".
**********
Inde i planter er der en anden type nanostruktur. Når planter optager vand fra deres rødder ind i deres celler, bygger trykket sig inde i cellerne, indtil det er som at være mellem 50 meter og 100 meter under havet. For at indeholde disse tryk er cellerne omgivet af en væg baseret på bundter af cellulosekæder mellem fem og 50 milliondele af en millimeter på tværs af kaldte mikrofibriller.
De individuelle kæder er ikke så stærke, men når de først er dannet til mikrofibriller, bliver de lige så stærke som stål. Mikrofibrillerne integreres derefter i en matrix af andre sukkerarter til dannelse af en naturlig "smart polymer", et specielt stof, der kan ændre dets egenskaber for at få planten til at vokse.
Mennesker har altid brugt cellulose som en naturlig polymer, for eksempel i papir eller bomuld, men forskere udvikler nu måder at frigive individuelle mikrofibriller til at skabe nye teknologier. På grund af sin styrke og lethed kunne denne "nanocellulose" have et stort udvalg af applikationer. Disse inkluderer lettere bildele, fødevaretilsætningsstoffer med lavt kalorieindhold, stilladser til vævsteknik og måske endda elektroniske enheder, der kan være så tynde som et ark papir.
Måske er de mest forbløffende plantes nanostrukturer lyshøstesystemerne, der fanger lysenergi til fotosyntesen og overfører den til de steder, hvor den kan bruges. Planter er i stand til at flytte denne energi med utrolige 90 procent effektivitet.
Vi har nu bevis for, at dette skyldes, at det nøjagtige arrangement af komponenterne i lyshøstesystemerne giver dem mulighed for at bruge kvantefysik til at teste mange forskellige måder at bevæge energien på samtidigt og finde den mest effektive. Dette tilføjer ideen om, at kvanteteknologi kan hjælpe med at give mere effektive solceller. Så når det kommer til at udvikle ny nanoteknologi, er det værd at huske, at planter måske er kommet der først.
Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation.
Stuart Thompson, universitetslektor i plantebiokemi, University of Westminster
