Bier kan se en blå glorie omkring det lilla område. Edwige Moyroud

Blomster har et hemmeligt signal, der er specielt skræddersyet til bier så de ved, hvor de skal samle nektar. Og ny forskning har netop givet os en større indsigt i, hvordan dette signal fungerer. Nanoskalamønstre på kronblade reflekterer lys på en måde, der effektivt skaber en “blå glorie” omkring blomsten, der hjælper med at tiltrække bierne og tilskynder til bestøvning.

Dette fascinerende fænomen bør ikke komme for meget på en overraskelse for forskere. Planter er faktisk fulde af denne slags “nanoteknologi”, der gør dem i stand til at gøre alle mulige fantastiske ting, lige fra rengøring til generering af energi. Og hvad mere er, ved at studere disse systemer kan vi muligvis bruge dem til vores egne teknologier.

De fleste blomster ser farverige ud, fordi de indeholder lysabsorberende pigmenter, der kun reflekterer visse lysbølgelængder. Men nogle blomster bruger også iridescens, en anden type farve, der produceres, når lys reflekteres fra mikroskopisk anbragte strukturer eller overflader.

De skiftende regnbuefarver, du kan se på en CD, er et eksempel på iridescens. Det er forårsaget af interaktioner mellem lysbølger hopper af de tæt placerede mikroskopiske fordybninger i overfladen, hvilket betyder, at nogle farver bliver mere intense på bekostning af andre. Når din synsvinkel forskydes, ændres de forstærkede farver for at give den skinnende, morfende farveeffekt, du ser.

Mange blomster bruger riller mellem en og to tusindedele af en millimeter fra hinanden i voksbelægningen på deres overflade for at producere iridescens på en lignende måde. Men forskere, der undersøger, hvordan nogle blomster bruger iridescens til at tiltrække bier til at bestøve, har bemærkede noget underligt. Afstanden og justeringen af ​​rillerne var ikke helt så perfekte som forventet. Og de var ikke helt perfekte på meget lignende måder i alle de typer blomster, 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 det, som forskerne kaldte en "blå glorie". Der var god grund til at mistanke om, at dette ikke var tilfældigt.

farveopfattelse af bier forskydes mod 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 bierne ser stærkest. Mennesker kan lejlighedsvis se disse mønstre, men de er normalt usynlige for os mod røde eller gule pigmenterede baggrunde, der ser meget mørkere ud for bier.

Forskerne testede dette ved at træne bier til at forbinde sukker med to typer kunstige blomster. Man fik kronblade fremstillet ved hjælp af perfekt justerede riste, der gav normal iridescens. Den anden havde mangelfulde arrangementer, der replikerede de blå glorier fra forskellige rigtige blomster.

De fandt ud af, at selvom 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 lidt off-kilter iridescens for at styrke deres signaler til bier.

Lotus-effekten

Planter har udviklet mange måder at bruge denne form for strukturer, hvilket effektivt gør dem til naturens første nanoteknologer. For eksempel afviser voks, der beskytter kronblade og blade på alle planter, vand, en egenskab kendt som “hydrofobicitet”. Men i nogle planter, såsom lotus, forbedres denne egenskab af voksbelægningens form på en måde, der gør det selvrensende.

Voksen er arrangeret i en række kegellignende strukturer omkring fem tusindedele af en millimeter i højden. Disse er igen belagt med fraktale mønstre af voks i endnu mindre skalaer. Når vand lander på denne overflade, kan det slet ikke holde fast ved det, og det danner derfor sfæriske dråber, der ruller over bladet, der samler snavs undervejs, indtil de falder ned fra kanten. Dette kaldes “superhydrofobicitet”Eller” lotuseffekten ”.

Smarte planter

Inde i planter er der en anden type nanostruktur. Når planter optager vand fra deres rødder ind i deres celler, opbygges trykket 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 mur baseret på bundter af cellulosekæder mellem fem og 50 milliontedele af en millimeter på tværs kaldet mikrofibriller.

De enkelte kæder er ikke så stærke, men når de først er formet til mikrofibriller, bliver de så stærke som stål. Mikrofibrillerne er derefter indlejret i en matrix af andre sukkerarter for at danne 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 til at frigive individuelle mikrofibriller for at skabe nye teknologier. På grund af sin styrke og lethed kunne denne "nanocellulose" have et stort udvalg af applikationer. Disse inkluderer lettere bildele, tilsætningsstoffer med lavt kalorieindhold, stilladser til vævsteknik, og måske endda elektroniske enheder, der kunne være så tynde som et ark papir.

Måske er de mest forbløffende plante-nanostrukturer lyshøstningssystemerne, der fanger lysenergi til fotosyntese og overfører den til de steder, hvor den kan bruges. Planter er i stand til at flytte denne energi med en utrolig 90% effektivitet.

Vi har nu beviser for, at dette skyldes, at det nøjagtige arrangement af komponenterne i lyshøstningssystemerne giver dem mulighed for at bruge kvantefysik til at teste mange forskellige måder at flytte energien samtidigt og finde det mest effektive. Dette lægger vægt på ideen om, at kvanteteknologi kan hjælpe med at levere mere effektive solceller. Så når det kommer til at udvikle ny nanoteknologi, er det værd at huske, at planter måske først er kommet derhen.

Om forfatteren

Stuart Thompson, universitetslektor i plantebiokemi, University of Westminster

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort den The Conversation. Læs oprindelige artikel.

Relaterede Bøger:

at InnerSelf Market og Amazon