Пять удивительных способов, как растения создают новые технологии
Учёные разработали необычный метод обнаружения взрывчатки с помощью шпината. Растения пропитывают флуоресцентными "бионическими" нанотрубками, излучающими инфракрасный свет. При наличии определённых химических веществ свет гаснет, что служит сигналом о присутствии взрывчатки. Изменение флуоресценции можно зафиксировать даже с помощью модифицированного мобильного телефона.
Зачем использовать модифицированный шпинат вместо самих нанотрубок? Растения способны транспортировать большие объёмы воды от корней к листьям с минимальными затратами энергии. Таким образом, шпинат здесь используется как автоматическая система отбора проб воды для нанотрубок, детектирующих взрывчатку.
Эта впечатляющая способность — одна из многих причин, по которым растения используются не только как пища и материал для одежды, но и как часть сложных технологий.
Очистка от загрязнений
Способность растений перерабатывать воду применяется в фиторемедиации. Загрязняющие вещества из почвы, растворённые в воде, поглощаются корнями, транспортируются в листья и накапливаются там по мере испарения воды. Затем растения можно собрать и утилизировать, удалив таким образом загрязнители. Этот метод используется для детоксикации почв от мышьяка и свинца. Ценные загрязнители, такие как кадмий или никель, можно даже извлечь в процессе фитомайнинга.
В недавнем прорыве некоторые растения были генетически модифицированы, чтобы объединить их способность перерабатывать большие объёмы воды со свойствами бактерий, способных разлагать взрывчатые вещества TNT и RDX. Это позволяет создавать растения, которые могут как обнаруживать, так и обезвреживать взрывчатку.
Взрывчатые вещества
Растения используются не только в мирных целях. В 1846 году Кристиан Шёнбайн проводил эксперимент на кухне (вопреки прямому запрету жены). Он пролил смесь концентрированных кислот и вытер её первым, что попалось под руку, — фартуком жены. После срочной стирки фартук выглядел нормально, и он повесил его сушиться над плитой. Кризис был предотвращён, но лишь до тех пор, пока фартук не взорвался.
Шёнбайн невольно превратил хлопок фартука в нитроцеллюлозу, или пироксилин — взрывчатое вещество мощнее TNT. Целлюлоза, основа пироксилина, является главным структурным компонентом растений и по массе — самым распространённым биологическим полимером на Земле. Целлюлозу легко получить, а нитроцеллюлоза мощнее пороха, поэтому в XIX веке пироксилин заменил порох во многих сферах.
В романе Жюля Верна «С Земли на Луну» исследователи отправляются в космос с помощью огромной пушки, стреляющей нитроцеллюлозой. В реальности ускорение превратило бы путешественников в пюре. Но Верн не был полностью неправ: нитроцеллюлоза до сих пор используется в твёрдых ракетных топливах, особенно в военных целях, поскольку при сгорании не создаёт дыма, который мог бы выдать позицию пусковой установки.
Пластиковые повязки
Нитроцеллюлоза и другие нитрованные растительные полисахариды были также одними из первых пластмасс. Их использовали, в частности, для создания плёнки в раннем кинематографе, которая могла воспламеняться или даже взрываться, если проектор перегревался. Эти нестабильные вещества в основном заменили более безопасными пластиками, но жидкость с растворённой нитроцеллюлозой до сих пор применяется в медицине. Её наносят на порезы, и она запечатывает их тонкой плёнкой нитроцеллюлозы.
Растения производят множество биополимеров, и в поисках более экологичных и устойчивых альтернатив нефтепластикам настало время для возвращения этих природных материалов.
Вегетарианское мясо
Растения, очевидно, составляют основу большей части нашей пищи, но учёные недавно создали бургер, который выглядит, пахнет, имеет вкус и даже готовится как мясо, хотя полностью сделан из растительных материалов. Для этого пришлось решить ряд задач. Например, чтобы вести себя как говядина при готовке, новый бургер должен содержать растительные жиры, твёрдые при комнатной температуре, но плавящиеся при нагревании. В данном случае использовался жир из кокосов.
В растениях нет белков гемоглобина и миоглобина, которые придают красному мясу цвет и содержание железа. Но некоторые растения содержат очень похожее вещество — леггемоглобин, который, как и гемоглобин с миоглобином, связывает кислород. Он встречается у таких видов, как горох и бобы, у которых есть корневые клубеньки с бактериями, превращающими атмосферный азот в удобрение для растения.
Кислород так агрессивно атакует эту азотфиксирующую систему, что некоторые её компоненты могут потерять 99% активности менее чем за шесть минут. Поэтому леггемоглобин защищает её, поглощая кислород в клубеньках. Азотфиксирующие клубеньки буквально кроваво-красные внутри, потому что леггемоглобин имеет тот же цвет, что и гемоглобин.
Несмотря на это, леггемоглобин, придающий растительному бургеру внешний вид и содержание железа, на самом деле не получают из растений из-за неэффективности такого метода. Вместо этого его производят с помощью модифицированных дрожжей, выращиваемых в чанах с жидкостью цвета крови, в сценах, напоминающих сериал «Настоящая кровь».