איך פרחים מניפולציות אור כדי לשלוח אותות סודיים לדבורים

לפרחים יש אות סודי המותאם במיוחד לדבורים כך שהם יודעים היכן לאסוף צוף. ומחקר חדש רק נתן לנו תובנה רבה יותר כיצד פועל האות הזה. תבניות ננומטריות על עלי הכותרת משקפות אור באופן שיוצר ביעילות "הילה כחולה" סביב הפרח המסייע למשוך את הדבורים ומעודד האבקה.

תופעה מרתקת זו לא צריכה להפתיע יותר מדי את המדענים. הצמחים למעשה מלאים בסוג זה של "ננו-טכנולוגיה", המאפשרת להם לעשות כל מיני דברים מדהימים, החל מניקיון עצמם וכלה בייצור אנרגיה. ויתרה מכך, על ידי לימוד מערכות אלה אנו עשויים להיות מסוגלים להשתמש בהם לשימוש שלנו טכנולוגיות משלו.

מרבית הפרחים נראים צבעוניים מכיוון שהם מכילים פיגמנטים סופגים אור המשקפים רק אורכי גל מסוימים של אור. אך פרחים מסוימים משתמשים גם בהארות, סוג שונה של צבע המיוצר כאשר האור משתקף ממבנים או משטחים ברווחים מיקרוסקופיים.

צבעי הקשת המתחלפים שתוכלו לראות בתקליטור הם דוגמה לאירזנציות. זה נגרם כתוצאה מאינטראקציות בין גלי אור הקופצים מהכניסה המיקרוסקופית המרוחקת היטב על פני השטח שלו, מה שאומר שחלק מהצבעים נעשים עזים יותר על חשבון אחרים. עם זווית הצפייה שלך משתנה, הצבעים המוגברים משתנים כדי להעניק לאפקט הצבע המנצנץ והממורפי שאתה רואה.

פרחים רבים משתמשים בחריצים שנמצאים במרחק של בין אלף עד אלפיים מילימטר זה מזה בציפוי השעווה על פני השטח שלהם בכדי לייצר הזרחה באופן דומה. אולם חוקרים שחקרו את האופן בו פרחים מסוימים משתמשים בהזרקה כדי למשוך דבורים להאבקה הבחינו במשהו מוזר. המרווח והיישור של החריצים לא היו ממש מושלמים כצפוי. והם לא היו ממש מושלמים בדרכים דומות מאוד בכל סוגי הפרחים שהם הסתכלו עליהם.

חוסר השלמות הללו פירושו שבמקום לתת קשת כפי שעושה תקליטור, הדפוסים עבדו טוב יותר עבור אור כחול ואולטרה סגול מאשר צבעים אחרים, מה שיצר את מה שהחוקרים כינו "הילה כחולה". הייתה סיבה טובה לחשוד שזה לא היה זה לא צירוף מקרים.

תפיסת הצבע של הדבורים מוזזת לקצה הכחול של הספקטרום בהשוואה לשלנו. השאלה הייתה האם הפגמים בדפוסי השעווה "תוכננו" ליצירת הבלוז, הסיגליות והסיגליות האולטרה שרואים הדבורים בצורה החזקה ביותר. בני אדם יכולים לראות מדי פעם דפוסים אלה, אך הם בדרך כלל בלתי נראים לנו על רקע פיגמנטי אדום או צהוב שנראה כהה יותר עבור דבורים.

החוקרים בדקו זאת על ידי אימונים של דבורים לקישור סוכר לשני סוגים של פרחים מלאכותיים. באחד מהם היו עלי כותרת שנעשו בעזרת סורגים מיושרים לחלוטין אשר העניקו הזרחה רגילה. לשני היו סידורים פגומים ששכפלו את ההילות הכחולות מפרחים אמיתיים שונים.

הם מצאו שלמרות שהדבורים למדו לקשר את הפרחים המזויפים המזהירים עם סוכר, הם למדו טוב יותר ומהר יותר עם ההילות הכחולות. באופן מרתק נראה כי סוגים רבים ושונים של צמח פורח עשויים להתפתח במבנה זה בנפרד, כאשר כל אחד מהם משתמש במבני ננו המעניקים אירזינג מעט קוטר לחיזוק האותות שלהם לדבורים.

**********

צמחים פיתחו דרכים רבות לשימוש במבנים מסוג זה, והפכו אותם למעשה לננוטכנולוגים ראשונים של הטבע. לדוגמה, שעווה המגנה על עלי כותרת ועלים של כל הצמחים דוחה מים, תכונה המכונה "הידרופוביות". אך בחלק מהצמחים, כמו הלוטוס, מאפיין זה משופר על ידי צורת ציפוי השעווה בצורה הופך אותו לניקוי עצמי באופן יעיל.

השעווה מסודרת במערך של מבנים דמויי חרוט שגובהם כחמש אלפי מילימטר. אלה מצופים בתורם דפוסי שעווה פרקטליים במאזניים קטנים עוד יותר. כאשר מים נוחתים על משטח זה, הם אינם יכולים להיצמד אליו כלל ולכן הם יוצרים טיפות כדוריות המתגלגלות על העלה ומלכלכים לכלוך לאורך הדרך עד שהם נופלים מהקצה. זה נקרא "superhydrophobicity" או "אפקט הלוטוס".

**********

בתוך צמחים יש סוג אחר של מבנה ננו. כאשר צמחים תופסים מים משורשיהם לתאים שלהם, הלחץ מצטבר בתוך התאים עד שזה יהיה בין 50 מטר ל 100 מטר מתחת לים. על מנת להכיל את הלחצים הללו, התאים מוקפים על ידי קיר המבוסס על צרורות של שרשראות תאית בין חמישה ל -50 מיליון מילימטר על פני המכונה מיקרו-פיברילים.

השרשראות הבודדות אינן חזקות כל כך, אך ברגע שהן נוצרות למיקרו-פיברלים הן הופכות לחזקות כמו פלדה. לאחר מכן מוטמעים המיקרו-פיברילים במטריצה ​​של סוכרים אחרים ויוצרים "פולימר חכם" טבעי, חומר מיוחד שיכול לשנות את תכונותיו כדי לגרום לצמח לגדול.

בני אדם השתמשו מאז ומתמיד בתאית כפולימר טבעי, למשל בנייר או כותנה, אך מדענים מפתחים כעת דרכים לשחרר מיקרו-פיברילים בודדים ליצירת טכנולוגיות חדשות. בגלל חוזקו וקלילותו, "ננו-תאית" זו עשויה להיות בעלת מגוון עצום של יישומים. אלה כוללים חלקי רכב קלים יותר, תוספי מזון דלי קלוריות, פיגומים להנדסת רקמות ואולי אפילו מכשירים אלקטרוניים שיכולים להיות דקים כמו דף נייר.

אולי הננו-מבנים המדהימים ביותר הם מערכות קציר האור הלוכדות אנרגיית אור לצורך פוטוסינתזה ומעבירות אותה לאתרים שבהם ניתן להשתמש בהן. צמחים מסוגלים להעביר אנרגיה זו ביעילות מדהימה של 90 אחוז.

יש לנו הוכחות לכך שהסיבה לכך היא שהסידור המדויק של מרכיבי מערכות קצירת האור מאפשר להם להשתמש בפיזיקה קוונטית כדי לבדוק דרכים רבות ושונות להעביר את האנרגיה בו זמנית ולמצוא את היעילה ביותר. זה מוסיף משקל לרעיון שטכנולוגיית הקוונטים יכולה לסייע לספק תאים סולאריים יעילים יותר. אז כשמדובר בפיתוח ננו-טכנולוגיה חדשה, כדאי לזכור שייתכן שהצמחים הגיעו לשם קודם.

סטיוארט תומפסון, מרצה בכיר בביוכימיה צמחית, אוניברסיטת ווסטמינסטר