Секретный сигнал цветов для пчел и другие удивительные нанотехнологии растений

Цветы имеют секретный сигнал, специально настроенный для пчел, чтобы они знали, где собирать нектар. Новое исследование позволило глубже понять, как работает этот сигнал. Наноразмерные узоры на лепестках отражают свет таким образом, что создается "голубое гало" вокруг цветка, помогающее привлекать пчел и способствующее опылению.

Большинство цветов кажутся окрашенными благодаря светопоглощающим пигментам. Но некоторые цветы также используют иридесценцию — другой тип цвета, возникающий при отражении света от микроскопически расположенных структур. Многие цветы используют бороздки в восковом покрытии поверхности, расположенные на расстоянии от одной до двух тысячных миллиметра друг от друга, для создания иридесценции.

Однако исследователи заметили нечто странное: расположение и выравнивание бороздок были не совсем идеальными, причем сходным образом у разных типов цветов. Эти несовершенства означали, что вместо радуги, как на CD, узоры работали намного лучше для синего и ультрафиолетового света, создавая то, что исследователи назвали "голубым гало".

Цветовосприятие пчел смещено к синей части спектра по сравнению с человеческим. Ученые проверили гипотезу, тренируя пчел ассоциировать сахар с двумя типами искусственных цветов: с идеальными решетками (нормальная иридесценция) и с несовершенными узорами, воспроизводящими голубое гало. Пчелы учились быстрее и лучше с цветами, создающими голубое гало. Похоже, многие цветковые растения независимо эволюционировали эту структуру, используя наноструктуры, дающие слегка "сбитую" иридесценцию, чтобы усилить сигнал для пчел.

Эффект лотоса

Растения — первые нанотехнологи в природе. Например, воски, защищающие лепестки и листья, отталкивают воду (гидрофобность). У некоторых растений, таких как лотос, это свойство усилено формой воскового покрытия, что делает его самоочищающимся.

Воск расположен в виде массива конусообразных структур высотой около пяти тысячных миллиметра, которые, в свою очередь, покрыты фрактальными узорами из воска в еще меньшем масштабе. Когда вода попадает на такую поверхность, она не может прилипнуть и образует сферические капли, которые скатываются по листу, собирая грязь, пока не упадут с края. Это называется "сверхгидрофобностью" или "эффектом лотоса".

Умные растения

Внутри растений существует другой тип наноструктуры. По мере того как вода поступает из корней в клетки, давление внутри них возрастает. Чтобы выдерживать это давление, клетки окружены стенкой на основе пучков целлюлозных цепей толщиной от 5 до 50 миллионных долей миллиметра, называемых микрофибриллами.

Отдельные цепи не так прочны, но, собранные в микрофибриллы, они становятся прочными, как сталь. Микрофибриллы затем встраиваются в матрицу из других сахаров, образуя естественный "умный полимер" — особое вещество, которое может изменять свои свойства, чтобы обеспечить рост растения.

Ученые разрабатывают способы выделения отдельных микрофибрилл для создания новых технологий. Благодаря своей прочности и легкости эта "наноклетчатка" может иметь огромный спектр применений: более легкие детали автомобилей, низкокалорийные пищевые добавки, каркасы для тканевой инженерии и, возможно, даже электронные устройства толщиной с лист бумаги.

Квантовые системы сбора света

Пожалуй, самые удивительные наноструктуры растений — это системы сбора света для фотосинтеза, которые передают энергию к местам ее использования с невероятной эффективностью в 90%.

Есть свидетельства, что такая эффективность достигается благодаря точному расположению компонентов систем, позволяющему использовать квантовую физику для одновременного "тестирования" множества путей передачи энергии и выбора наиболее эффективного. Это подтверждает идею, что квантовые технологии могут помочь создать более эффективные солнечные элементы.

Таким образом, при разработке новых нанотехнологий стоит помнить, что растения, возможно, уже сделали это первыми.