ΤΟ ΜΥΣΤΙΚΟ ΣΗΜΑ ΤΩΝ ΛΟΥΛΟΥΔΙΩΝ ΠΡΟΣ ΤΙΣ ΜΕΛΙΣΣΕΣ ΚΑΙ ΟΙ ΕΚΠΛΗΚΤΙΚΕΣ ΚΡΥΜΜΕΝΕΣ ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΤΩΝ ΦΥΤΩΝ!!!!

Τα λουλούδια διαθέτουν ένα μυστικό σήμα που είναι ειδικά προσαρμοσμένο για να λαμβάνεται από τις μέλισσες ώστε αυτές να γνωρίζουν πού να συλλέξουν νέκταρ. Και μάλιστα μία νέα έρευνα μόλις μας έδωσε μια ακόμη καλύτερη εικόνα για το πώς λειτουργεί αυτό το σήμα.

Τα ποικίλα μοτίβα νανοκλίμακας, πάνω στα πέταλα των λουλουδιών, αντανακλούν το φως με ένα τέτοιο τρόπο ώστε να δημιουργείται ένα “μπλε φωτοστέφανο” γύρω από το λουλούδι. Αυτό το φαινόμενο βοηθά στην προσέλκυση των μελισσών και έτσι ενθαρρύνει την επικονίαση.

Όμως αυτό το όντως συναρπαστικό φαινόμενο δεν πρέπει να αποτελεί μεγάλη έκπληξη για τους επιστήμονες. Τα φυτά είναι πραγματικά γεμάτα από αυτού του είδους τη “νανοτεχνολογία”, και είναι αυτή ακριβώς που τους επιτρέπει να κάνουν κάθε είδους καταπληκτικά πράγματα , από τον καθαρισμό του σώματός τους έως και στην παραγωγή ενέργειας. Και, επιπλέον, εμείς, μελετώντας τα συστήματα αυτά θα μπορούσαμε να τα χρησιμοποιήσουμε στις δικές μας τεχνολογίες.

 

Τα περισσότερα λουλούδια μας φαίνονται πολύχρωμα επειδή περιέχουν χρωστικές που απορροφούν το φως και αντανακλούν μόνο ορισμένα μήκη κύματος φωτός. Αλλά μερικά λουλούδια χρησιμοποιούν και << ιριδισμό>> δηλαδή ένα διαφορετικό τύπο χρώματος που παράγεται όταν το φως αντανακλάται από μικροσκοπικά τοποθετημένες δομές ή επιφάνειες.

Ένα παράδειγμα ιριδισμού είναι τα μεταβαλλόμενα χρώματα του ουράνιου τόξου που μπορείτε να δείτε σε ένα CD. Προκαλείται από αλληλεπιδράσεις μεταξύ των κυμάτων φωτός που αναπηδούν από τις μικροσκοπικές εσοχές που βρίσκονται σε μικρή απόσταση, μεταξύ τους, πάνω στην επιφάνεια του. Αυτό σημαίνει ότι ορισμένα χρώματα γίνονται πιο έντονα σε βάρος άλλων. Καθώς η γωνία που κοιτάμε μετατοπίζεται, τα ενισχυμένα χρώματα αλλάζουν για να δώσουν το τρεμοπλαστικό, πολυμορφικό εφέ χρώματος που βλέπουμε.

 Οι μέλισσες μπορούν να δουν ένα μπλε φωτοστέφανο γύρω από την πορφυρή περιοχή. Image Source: Edwige Moyroud

Πολλά λουλούδια, για να παράγουν ιριδισμό με παρόμοιο τρόπο, χρησιμοποιούν, πάνω στην επίστρωση κεριού στην επιφάνεια τους, αυλακώσεις οι οποίες απέχουν μεταξύ τους ένα και δύο χιλιοστά του χιλιοστού . Αλλά, όσον αφορά αυτές τις αυλακώσεις, οι ερευνητές που διερευνούν τον τρόπο με τον οποίο ορισμένα λουλούδια χρησιμοποιούν ιριδισμό για να προσελκύσουν μέλισσες, (ώστε να επικονιαστούν), έχουν παρατηρήσει κάτι περίεργο . Η απόσταση και η ευθυγράμμιση των αυλακώσεων δεν ήταν τόσο τέλεια όσο αναμενόταν. Και δεν ήταν <<τόσο τέλεια>> με πολύ παρόμοιους τρόπους σε όλους τους τύπους λουλουδιών που εξέτασαν.

Αυτές οι ατέλειες σήμαιναν ότι αντί να δίνουν ένα ουράνιο τόξο σαν στο CD, τα μοτίβα δούλευαν πολύ καλύτερα για το μπλε και το υπεριώδες φως από ότι για άλλα χρώματα, δημιουργώντας αυτό που οι ερευνητές ονόμασαν «μπλε φωτοστέφανο». Και υπήρχε καλός λόγος να υποψιαστεί κανείς ότι αυτό δεν ήταν σύμπτωση .

Η αντίληψη χρώματος των μελισσών είναι μετατοπισμένη προς το μπλε άκρο του φάσματος σε σύγκριση με τη δική μας. Το ερώτημα ήταν αν τα <<ελαττώματα>>, δηλαδή οι μη τελειότητες στα μοτίβα, “σχεδιάστηκαν” επί τούτου ώστε να ενεργοποιούν τα έντονα μπλε, βιολετί και υπεριώδη χρώματα που οι μέλισσες βλέπουν πολύ καλύτερα. Οι άνθρωποι μπορούν κι αυτοί περιστασιακά να δουν αυτά τα μοτίβα, αλλά συνήθως είναι αόρατα σε εμάς όταν είναι σε κόκκινα ή κίτρινα φόντα – που στις μέλισσες φαίνονται πολύ πιο σκοτεινά.

Οι ερευνητές το τέσταραν αυτό με το να εκπαιδεύσουν μέλισσες να συνδέσουν (συνειρμικά) την ζάχαρη με δύο είδη τεχνητών λουλουδιών. Το ένα είχε πέταλα που τα έφτιαξαν χρησιμοποιώντας τέλεια ευθυγραμμισμένα μοτίβα που έδιναν φυσιολογικό ιριδισμό. Το άλλο είχε ελαττωματικές διατάξεις που αναπαρήγαγαν το μπλε <<φωτοστέφανο>> διαφορετικών αληθινών λουλουδιών .

Διαπίστωσαν ότι, αν και οι μέλισσες κατάφεραν και έμαθαν να συνδέουν τα ιριδίζοντα ψεύτικα λουλούδια με τη ζάχαρη, πλην όμως μάθαιναν καλύτερα και γρηγορότερα με το μπλε φωτοστέφανο. Είναι απίστευτο αλλά φαίνεται ότι πολλοί διαφορετικοί τύποι ανθέων των φυτών μπορεί να έχουν εξελιχθεί με αυτή τη δομή χωριστά το ένα από το άλλο , και κάθε ένα τους χρησιμοποιεί νανοδομές που δίνουν ένα ανομοιόμορφο ιριδισμό για να ενισχύσουν τα σήματα τους προς τις μέλισσες.

Για.. ένα λεπτό! Αυτό δεν είναι λουλούδι.! This isn’t a flower. Image source: Edwige Moyroud

Το φαινόμενο του λωτού

Τα φυτά έχουν αναπτύξει πολλούς τρόπους για να χρησιμοποιούν αυτές τις δομές, πράγμα που τα καθιστά όντως τους πρώτους νανοτεχνολόγους της φύσης. Για παράδειγμα, το κερί που προστατεύει τα πέταλα και τα φύλλα όλων των φυτών απωθεί το νερό, (μια ιδιότητα γνωστή ως “υδροφοβία”). Αλλά σε ορισμένα φυτά, όπως ο λωτός, η ιδιότητα αυτή ενισχύεται από το σχήμα της επίστρωσης κεριού με τέτοιο τρόπο ώστε να επιτυγχάνεται και ο αυτοκαθαρισμός του.

Το κερί εδώ είναι διατεταγμένο σε μια σειρά κωνοειδών δομών ύψους περίπου πέντε χιλιοστών του χιλιοστού. Αυτές με τη σειρά τους είναι επικαλυμμένες με φράκταλ διατάξεις κεριού σε ακόμη μικρότερες κλίμακες. Όταν το νερό προσγειώνεται σε αυτή την επιφάνεια, δεν μπορεί με τίποτα να κολλήσει σε αυτήν και έτσι σχηματίζει σφαιρικές σταγόνες οι οποίες κυλούν κατά μήκος του φύλλου παρασύροντας στη διαδρομή τους τούς ρίπους (σκόνη , βρωμιά , σωματίδια κλπ) μέχρι να φτάσουν στην άκρη του και να πέσουν. Αυτό ονομάζεται « υπερυδροφοβία » ή το «φαινόμενο του λωτού».

Έξυπνα φυτά

Στα φυτά υπάρχει και ένας άλλος τύπος νανοδομής. Καθώς τα φυτά απορροφούν νερό από τις ρίζες τους προς στα κύτταρά τους, η πίεση αυξάνεται μέσα στα κύτταρα έως ότου γίνει σαν να είναι μεταξύ 50 και 100 μέτρων κάτω από τη θάλασσα. Προκειμένου να συγκρατηθούν αυτές οι πιέσεις, τα κύτταρα περιβάλλονται από ένα τοίχωμα που βασίζεται σε δέσμες αλυσίδων κυτταρίνης μεταξύ πέντε και 50 εκατομμυριοστών του χιλιοστού κατά μήκος που ονομάζονται μικροϊνες .

Οι μεμονωμένες αλυσίδες δεν είναι τόσο ισχυρές αλλά μόλις σχηματιστούν σε μικροϊνίδια, γίνονται τόσο ισχυρές όσο ο χάλυβας. Στη συνέχεια, τα μικροϊνίδια ενσωματώνονται σε μια μήτρα άλλων σακχάρων για να σχηματίσουν ένα φυσικό “έξυπνο πολυμερές”, μια ειδική ουσία που μπορεί να μεταβάλει τις ιδιότητές της με σκοπό να κάνει το φυτό να αναπτυχθεί.

Οι άνθρωποι έχουν από πάντα χρησιμοποιήσει την κυτταρίνη ως φυσικό πολυμερές, για παράδειγμα σε χαρτί ή βαμβάκι, αλλά οι επιστήμονες τώρα αναπτύσσουν τρόπους για να απελευθερώσουν μεμονωμένα μικροϊνίδια για τη δημιουργία νέων τεχνολογιών. Λόγω της αντοχής και της ελαφρότητάς της, αυτή η «νανοκυτταρίνη» θα μπορούσε να έχει ένα τεράστιο φάσμα εφαρμογών. Αυτες περιλαμβάνουν ελαφρύτερα εξαρτήματα αυτοκινήτων , πρόσθετα τροφίμων με χαμηλή περιεκτικότητα σε θερμίδες , ικριώματα για τη μηχανική των ιστών και ίσως ακόμη και ηλεκτρονικές συσκευές που θα μπορούσαν να είναι τόσο λεπτές όσο ένα φύλλο χαρτιού .

Πάντως από τις πιο εκπληκτικές νανοδομές φυτών είναι ίσως τα συστήματα συλλογής φωτός που συλλαμβάνουν την φωτεινή ενέργεια για τη φωτοσύνθεση και την μεταφέρουν στα σημεία εκείνα όπου μπορεί αυτή να χρησιμοποιηθεί. Τα φυτά είναι σε θέση να μεταφέρουν αυτή την ενέργεια με απίστευτη απόδοση τής τάξεως του 90%.

Έχουμε τώρα βέβαια αποδείξεις πια ότι αυτό συμβαίνει επειδή η ακριβής διάταξη των συστατικών των συστημάτων, που <<τρυγούν>> φως, τούς επιτρέπει να χρησιμοποιούν κβαντική φυσική για να δοκιμάζουν πολλούς διαφορετικούς τρόπους ταυτόχρονης μετακίνησης τής ενέργειας και να βρίσκουν έτσι τον πιο αποτελεσματικό . Αυτό προσθέτει βάρος στην ιδέα ότι η κβαντική τεχνολογία θα μπορούσε να βοηθήσει στην παροχή πιο αποδοτικών ηλιακών κυψελών (πάνελς).

Έν κατακλείδι, όταν πρόκειται για ανάπτυξη νέας νανοτεχνολογίας, αξίζει να θυμόμαστε ότι τα φυτά ίσως έχουν φτάσει εκεί πρώτα .

Επιμέλεια κειμένου: www.melissokomianet.gr

Πηγές:

Αυτό το άρθρο δημοσιεύτηκε για πρώτη φορά στο The Conversation (theconversation.com)

www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19119235

www.yalescientific.org/2013/05/qa-what-causes-iridescence/

www.nature.com/articles/nature24285

www.teachengineering.org/lessons/view/duk_surfacetensionunit_less4

www.plantphysiol.org/content/161/1/465

www.acs.org/content/acs/en/pressroom/newsreleases/2011/march/green-cars-could-be-made-from-pineapples-and-bananas.html