Bloemen hebben een geheim signaal dat speciaal is afgestemd op bijen, zodat ze weten waar ze nectar moeten verzamelen. En nieuw onderzoek heeft ons zojuist meer inzicht gegeven in hoe dit signaal werkt. Nanoschaalpatronen op de bloembladen reflecteren licht op een manier die effectief een "blauwe halo" rond de bloem creëert die de bijen helpt aantrekken en bestuiving bevordert.

Dit fascinerende fenomeen zou voor wetenschappers niet als een te grote verrassing moeten komen. Planten zitten eigenlijk vol met dit soort "nanotechnologie", waardoor ze allerlei geweldige dingen kunnen doen, van zichzelf schoonmaken tot energie opwekken. En, Bovendien, door deze systemen te bestuderen, kunnen we ze misschien in onze eigen technologieën gebruiken.

De meeste bloemen zien er kleurrijk uit omdat ze lichtabsorberende pigmenten bevatten die alleen bepaalde golflengten van licht weerkaatsen. Maar sommige bloemen gebruiken ook irisatie, een ander type kleur dat wordt geproduceerd wanneer licht wordt weerkaatst door microscopisch kleine structuren of oppervlakken.

De verschuivende regenboogkleuren die je op een cd kunt zien, zijn een voorbeeld van irisatie. Het wordt veroorzaakt door interacties tussen lichtgolven die weerkaatsen op de dicht bij elkaar liggende microscopisch kleine inkepingen in het oppervlak. wat betekent dat sommige kleuren intenser worden ten koste van andere. Naarmate uw kijkhoek verschuift, de versterkte kleuren veranderen om de glinsterende, morphing kleureffect dat je ziet.

Veel bloemen gebruiken groeven tussen één en tweeduizendste millimeter van elkaar in de waslaag op hun oppervlak om op een vergelijkbare manier irisatie te produceren. Maar onderzoekers die onderzoeken hoe sommige bloemen kleurenspel gebruiken om bijen aan te trekken om te bestuiven, hebben iets vreemds opgemerkt. De afstand en uitlijning van de groeven waren niet zo perfect als verwacht. En ze waren niet helemaal perfect op zeer vergelijkbare manieren in alle soorten bloemen waar ze naar keken.

Deze onvolkomenheden betekenden dat in plaats van een regenboog te geven zoals een cd dat doet, de patronen werkten veel beter voor blauw en ultraviolet licht dan andere kleuren, het creëren van wat de onderzoekers een "blauwe halo" noemden. Er was goede reden om te vermoeden dat dit geen toeval was.

De kleurperceptie van bijen is verschoven naar het blauwe uiteinde van het spectrum in vergelijking met de onze. De vraag was of de gebreken in de waspatronen waren "ontworpen" om de intense blues te genereren, viooltjes en ultraviolet die bijen het sterkst zien. Mensen kunnen deze patronen af ​​en toe zien, maar ze zijn voor ons meestal onzichtbaar tegen rode of gele gepigmenteerde achtergronden die voor bijen veel donkerder lijken.

De onderzoekers testten dit door bijen te trainen om suiker te associëren met twee soorten kunstbloemen. Eén had bloemblaadjes gemaakt met perfect uitgelijnde roosters die een normale irisatie gaven. De andere had gebrekkige arrangementen die de blauwe halo's van verschillende echte bloemen repliceerden.

Ze ontdekten dat hoewel de bijen leerden de iriserende nepbloemen te associëren met suiker, ze leerden beter en sneller met de blauwe halo's. Fascinerend, het lijkt erop dat veel verschillende soorten bloeiende planten deze structuur afzonderlijk kunnen hebben ontwikkeld, elk met behulp van nanostructuren die een enigszins afwijkende irisatie geven om hun signalen naar bijen te versterken.

Het lotus-effect

Planten hebben vele manieren ontwikkeld om dit soort structuren te gebruiken, waardoor ze effectief de eerste nanotechnologen van de natuur zijn. Bijvoorbeeld, de wassen die de bloembladen en bladeren van alle planten beschermen, stoten water af, een eigenschap die bekend staat als "hydrofobiciteit". Maar bij sommige planten zoals de lotus, deze eigenschap wordt versterkt door de vorm van de waslaag op een manier die het effectief zelfreinigend maakt.

De was is gerangschikt in een reeks kegelachtige structuren van ongeveer vijfduizendste millimeter hoog. Deze zijn op hun beurt bedekt met fractale patronen van was op nog kleinere schalen. Als er water op dit oppervlak landt, het kan er helemaal niet aan blijven plakken en vormt dus bolvormige druppels die over het blad rollen en onderweg vuil oppikken totdat ze van de rand vallen. Dit wordt "superhydrofobiciteit" of het "lotuseffect" genoemd.

Slimme planten

Binnenin planten is er een ander type nanostructuur. Terwijl planten water van hun wortels opnemen in hun cellen, de druk bouwt zich op in de cellen totdat het is alsof je tussen de 50 en 100 meter onder zee bent. Om deze druk in te dammen, de cellen zijn omgeven door een wand op basis van bundels celluloseketens tussen de vijf en 50 miljoenste van een millimeter die microfibrillen worden genoemd.

De afzonderlijke kettingen zijn niet zo sterk, maar als ze eenmaal zijn gevormd tot microfibrillen, worden ze zo sterk als staal. De microfibrillen worden vervolgens ingebed in een matrix van andere suikers om een ​​natuurlijk "slim polymeer" te vormen. een speciale stof die zijn eigenschappen kan veranderen om de plant te laten groeien.

Mensen hebben altijd cellulose gebruikt als een natuurlijk polymeer, bijvoorbeeld in papier of katoen, maar wetenschappers ontwikkelen nu manieren om individuele microfibrillen vrij te geven om nieuwe technologieën te creëren. Door zijn kracht en lichtheid, deze "nanocellulose" zou een enorm scala aan toepassingen kunnen hebben. Deze omvatten lichtere auto-onderdelen, lage - calorieadditieven voor levensmiddelen, steigers voor tissue engineering, en misschien zelfs elektronische apparaten die zo dun kunnen zijn als een vel papier.

Misschien wel de meest verbazingwekkende nanostructuren van planten zijn de licht-oogstsystemen die lichtenergie opvangen voor fotosynthese en deze overbrengen naar de plaatsen waar het kan worden gebruikt. Planten kunnen deze energie verplaatsen met een ongelooflijke efficiëntie van 90%.

We hebben nu bewijs dat dit komt omdat de exacte opstelling van de componenten van de licht-oogstsystemen hen in staat stelt kwantumfysica te gebruiken om veel verschillende manieren te testen om de energie tegelijkertijd te verplaatsen en de meest effectieve te vinden. Dit voegt gewicht toe aan het idee dat kwantumtechnologie zou kunnen bijdragen aan efficiëntere zonnecellen. Dus als het gaat om het ontwikkelen van nieuwe nanotechnologie, het is de moeite waard eraan te denken dat planten daar misschien als eerste zijn aangekomen.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.