Květiny mají tajný signál, který je speciálně upraven pro včely, takže vědí, kam sbírat nektar. A nový výzkum nám právě dal lepší přehled o tom, jak tento signál funguje. Vzory nanočástic na okvětních lístcích odrážejí světlo způsobem, který účinně vytváří kolem květu „modrý halo“, který pomáhá přilákat včely a podporuje opylení.
Tento fascinující fenomén by neměl být pro vědce příliš překvapivý. Rostliny jsou ve skutečnosti plné takového druhu „nanotechnologie“, který jim umožňuje dělat nejrůznější úžasné věci, od čištění sebe po výrobu energie. A co víc, studiem těchto systémů bychom mohli být schopni je použít v našich vlastní technologie.
Většina květů se jeví jako barevná, protože obsahují pigmenty absorbující světlo, které odrážejí pouze určité vlnové délky světla. Některé květiny však také používají iridescenci, což je jiný druh barvy, který vzniká, když se světlo odráží od mikroskopicky rozložených struktur nebo povrchů.
Přesun duhových barev, které můžete vidět na CD, je příkladem iridescence. Je to způsobeno interakcemi mezi světelnými vlnami, které odrážejí těsně rozložené mikroskopické vroubkování na jeho povrchu, což znamená, že některé barvy jsou na úkor ostatních intenzivnější. Jak se váš úhel pohledu mění, zesílené barvy se mění, aby poskytly třpytivý, morfující barevný efekt, který vidíte.
Včely vidí kolem fialové oblasti modrý halo. (Edwige Moyroud) Mnoho květů používá ve voskovém povlaku na svém povrchu drážky od jedné do dvou tisícin milimetru, aby podobným způsobem vytvořilo iridescenci. Vědci, kteří zkoumali způsob, jakým některé květiny používají iridescenci k přilákání včel k opylování, si však všimli něčeho zvláštního. Rozestupy a zarovnání drážek nebyly tak dokonalé, jak se očekávalo. A nebyly úplně dokonalé podobným způsobem ve všech typech květin, na které se dívaly.
Tyto nedokonalosti znamenaly, že namísto dávání duhy jako CD to fungovalo mnohem lépe pro modré a ultrafialové světlo než u jiných barev, čímž se vytvořilo to, co vědci nazvali „modrým svatozářem“. Existuje dobrý důvod se domnívat, že to nebylo to je náhoda.
Vnímání barev včel je oproti našemu posunuto směrem k modrému konci spektra. Otázkou bylo, zda nedostatky ve voskových vzorcích byly „navrženy“ tak, aby vytvářely intenzivní blues, fialky a ultrafialky, které včely vidí nejsilněji. Lidé mohou tyto vzory občas vidět, ale jsou pro nás obvykle neviditelní proti červeně nebo žlutě zbarveným pozadím, které vypadají mnohem včelejším včelám.
Vědci to testovali cvičením včel, aby spojili cukr se dvěma typy umělých květin. Jeden měl plátky vyrobené s použitím dokonale zarovnaných mřížek, které dávaly normální iridescence. Druhý měl chybná uspořádání replikující modré halos z různých skutečných květů.
Zjistili, že ačkoliv se včely naučily spojovat duhové falešné květiny s cukrem, naučily se lépe a rychleji s modrými svatozáří. Je fascinující, že se zdálo, že mnoho různých druhů kvetoucích rostlin mohlo tuto strukturu vyvinout samostatně, z nichž každá používá nanostruktury, které dávají mírně off-kilter iridescence pro posílení jejich signálů pro včely.
Počkej chvíli! Tohle není květina. (Edwige Moyroud) **********
Rostliny vyvinuly mnoho způsobů, jak používat tyto druhy struktur, čímž se z nich staly první nanotechnologové přírody. Například vosky, které chrání okvětní lístky a listy všech rostlin, odpuzují vodu, což je vlastnost známá jako „hydrofobita“. Avšak u některých rostlin, jako je lotos, je tato vlastnost vylepšena tvarem voskového potahu takovým způsobem, že účinně se samočistí.
Vosk je uspořádán v řadě kónických struktur asi pět tisícin milimetru na výšku. Tito jsou zase pokrytí fraktálními vzory vosku u ještě menších měřítek. Když voda dopadne na tento povrch, nemůže se na ni vůbec držet, a tak vytváří sférické kapky, které se valí přes list a zachycují nečistoty podél cesty, dokud nespadnou z okraje. Tomu se říká „superhydrofobicita“ nebo „lotosový efekt“.
**********
Uvnitř rostlin je další typ nanostruktury. Když rostliny přijímají vodu ze svých kořenů do svých buněk, vytváří se uvnitř buněk tlak, dokud není jako mezi 50 a 100 metrů pod mořem. Za účelem udržení těchto tlaků jsou buňky obklopeny stěnou založenou na svazcích celulózových řetězců mezi pěti a 50 miliontinami milimetru napříč nazývanými mikrofibrily.
Jednotlivé řetězce nejsou tak silné, ale jakmile se zformují na mikrofibrily, stanou se stejně silné jako ocel. Mikrofibrily jsou pak uloženy v matrici jiných cukrů za vzniku přírodního „inteligentního polymeru“, což je speciální látka, která může změnit jeho vlastnosti, aby rostlina rostla.
Lidé vždy používali celulózu jako přírodní polymer, například v papíru nebo bavlně, ale vědci nyní vyvíjejí způsoby, jak uvolnit jednotlivé mikrofibrily a vytvořit nové technologie. Díky své pevnosti a lehkosti by tato „nanocelulóza“ mohla mít obrovský rozsah aplikací. Patří k nim lehčí autodíly, nízkokalorické potravinářské přídatné látky, lešení pro tkáňové inženýrství a možná i elektronická zařízení, která by mohla být stejně tenká jako list papíru.
Snad nejúžasnější nanostruktury rostlin jsou systémy sběru světla, které zachycují světelnou energii pro fotosyntézu a přenášejí ji na místa, kde ji lze použít. Rostliny jsou schopny pohnout touto energií s neuvěřitelnou účinností 90 procent.
Nyní máme důkaz, že je to proto, že přesné uspořádání složek systémů sběru světla jim umožňuje používat kvantovou fyziku k testování mnoha různých způsobů, jak pohybovat energií současně a najít nejúčinnější. To zvyšuje váhu myšlenky, že kvantová technologie by mohla pomoci zajistit efektivnější solární články. Takže pokud jde o vývoj nových nanotechnologií, je třeba si uvědomit, že se tam rostliny mohly dostat jako první.
Tento článek byl původně publikován v The Conversation.
Stuart Thompson, docent biochemie rostlin, University of Westminster
