Cvijeće ima tajni signal posebno prilagođen pčelama tako da znaju gdje sakupljati nektar. A nova su nam istraživanja upravo dala veći uvid u to kako ovaj signal funkcionira. Nanoslikarski uzorci na laticama odražavaju svjetlost na način što učinkovito stvara „plavi oreol“ oko cvijeta koji pomaže privući pčele i potiče oprašivanje.
Ovaj fascinantan fenomen ne bi trebao predstavljati previše iznenađenje za znanstvenike. Biljke su zapravo pune ove vrste „nanotehnologije“, koja im omogućava da rade sve vrste nevjerojatnih stvari, od čišćenja do stvaranja energije. I još više, proučavanjem ovih sustava mogli bismo ih koristiti za upotrebu u našem vlastite tehnologije.
Većina cvjetova izgleda šareno jer sadrži pigmente koji apsorbiraju svjetlost i koji odražavaju samo određene valne duljine svjetlosti. No neki cvjetovi također koriste iridescenciju, drugačiju vrstu boje koja se proizvodi kada se svjetlost reflektira s mikroskopski raspoređenih struktura ili površina.
Pomične boje duge koje možete vidjeti na CD-u su primjer iridescence. To je uzrokovano interakcijama između svjetlosnih valova koji odskaču od usko razmaknutih mikroskopskih udubina na njenoj površini, što znači da neke boje postaju intenzivnije na štetu drugih. Kako se kut gledanja mijenja, pojačane boje se mijenjaju kako bi se postigao svjetlucavi, morfing efekt boje koji vidite.
Pčele mogu vidjeti plavi oreol oko grimizne regije. (Edwige Moyroud) Mnogi cvjetovi koriste utora između jedne i dvije tisuće milimetra, osim u voštanom premazu na svojoj površini, da bi na sličan način stvorili iridescenciju. No istraživači koji istražuju način na koji neki cvjetovi koriste iridescenciju kako bi privukli pčele za oprašivanje primijetili su nešto neobično. Razmak i poravnavanje žljebova nisu baš tako savršeni kao što se očekivalo. I nisu bili sasvim savršeni na vrlo slične načine u svim vrstama cvijeća koje su pogledali.
Ove nesavršenosti značile su da umjesto davanja duge kao CD-u, obrasci su puno bolje djelovali na plavu i ultra ljubičastu svjetlost od ostalih boja, stvarajući ono što su istraživači nazivali „plavim oreolom“. Bilo je valjanog razloga da sumnjaju da to nije to nije slučajnost.
Percepcija boje pčela pomaknuta je prema plavom kraju spektra u odnosu na naš. Pitanje je bilo da li su nedostaci voštanih uzoraka "dizajnirani" za stvaranje intenzivne plavice, ljubičice i ultra viole koje pčele snažnije vide. Ljudi povremeno mogu vidjeti te obrasce, ali obično su nam nevidljivi na crvenim ili žutim pigmentiranim pozadinama koje na pčele izgledaju mnogo mračnije.
Istraživači su to testirali obučavajući pčele da šećer povežu s dvije vrste umjetnog cvijeta. Na jednom su se nalazile latice izrađene savršeno usklađenim rešetkama koje su dale normalnu iridescenciju. Drugi je imao pogrešne aranžmane koji su preslikavali plave halove iz različitih stvarnih cvjetova.
Otkrili su da su, iako su pčele naučile povezivati iridescentne lažne cvjetove sa šećerom, bolje i brže naučile plave oreolice. Fascinantno, čini se da je mnogo različitih vrsta cvjetnica moglo razviti ovu strukturu odvojeno, a svaka koristi nanostrukture koje daju malo izravnavajuću iridescenciju kako bi pojačale svoj signal pčelama.
Pričekaj minutu! Ovo nije cvijet. (Edwige Moyroud) **********
Biljke su razvile brojne načine korištenja tih vrsta struktura, čineći ih tako nanotehnološkim prvim prirodima. Na primjer, voskovi koji štite latice i lišće svih biljaka odbijaju vodu, svojstvo poznato kao "hidrofobnost". Ali u nekim biljkama, poput lotosa, ovo svojstvo se pojačava oblikom voštane prevlake na način da učinkovito čini samočišćenje.
Vosak je raspoređen u nizu konusnih građevina visine oko pet tisuća u milimetru. Oni su zauzvrat obloženi fraktalnim uzorcima voska na još manjim mjerilima. Kad voda sleti na ovu površinu, ona se uopće ne može zalijepiti i tako formira sferne kapi koje se kotrljaju po lišću skupljajući prljavštinu na putu dok ne padnu s ruba. To se naziva „superhidrofobičnost“ ili „efekt lotosa“.
**********
Unutar biljaka postoji druga vrsta nanostrukture. Dok biljke preuzimaju vodu iz korijena u svoje stanice, tlak raste u stanicama sve dok nije kao da se nalazi između 50 i 100 metara pod morem. Kako bi se obuzdali ti pritisci, stanice su okružene zidom koji se temelji na snopovima celuloznih lanaca između pet i 50 milijuna milimetara preko nazvanih mikrofibrila.
Pojedinačni lanci nisu tako čvrsti, ali jednom kada se formiraju u mikrofibrile, oni postaju snažni poput čelika. Mikrofibril se zatim ugrađuje u matricu drugih šećera kako bi se stvorio prirodni "pametni polimer", posebna tvar koja može promijeniti svoja svojstva kako bi biljka mogla rasti.
Ljudi su uvijek koristili celulozu kao prirodni polimer, na primjer, u papiru ili pamuku, ali znanstvenici sada razvijaju načine oslobađanja pojedinih mikrofibrila za stvaranje novih tehnologija. Zbog svoje snage i lakoće, ova "nanoceluloza" mogla bi imati široku primjenu. Tu spadaju lakši dijelovi automobila, niskokalorični aditivi za hranu, skele za inženjering tkiva i možda čak i elektronički uređaji koji bi mogli biti tanki kao list papira.
Možda najčudesnija biljna nanostruktura su sustavi za skupljanje svjetla koji ubiru svjetlosnu energiju za fotosintezu i prenose je na mjesta na kojima se može koristiti. Biljke su sposobne kretati tu energiju s nevjerojatnom 90-postotnom učinkovitošću.
Sada imamo dokaze da je to zbog toga što točan raspored komponenata sustava za skupljanje svjetlosti omogućava im da koriste kvantnu fiziku za testiranje različitih načina istovremenog pomicanja energije i pronalaženje najučinkovitije. To daje težinu ideji da bi kvantna tehnologija mogla pomoći u pružanju učinkovitijih solarnih ćelija. Dakle, kada je u pitanju razvoj nove nanotehnologije, vrijedi zapamtiti da su biljke možda tamo stigle prvi.
Ovaj je članak prvotno objavljen u časopisu The Conversation.
Stuart Thompson, stariji predavač u biokemiji biljaka, Sveučilište u Westminsteru
