植物の中に隠された蜂や他のすばらしいナノテクノロジーへの花の秘密の信号
ミツバチは紫色の領域の周りに青いハローを見ることができます。
Edwige Moyroud

花には特別に調整された秘密の信号があります ミツバチのために 彼らは蜜を収集する場所を知っています。 そして、新しい研究は、このシグナルがどのように作用するかについてより深い洞察を与えました。 花びらのナノスケールパターンは光を反射して、花の周りに効果的に「ブルーハロー」を作り、ミツバチを誘引して受粉を促します。

この魅惑的な現象は、科学者にとってあまりにも驚くべきものではありません。 植物は実際には、この種の「ナノテクノロジー」でいっぱいです。それは、自分をきれいにしてエネルギーを生み出すことから、あらゆる種類の驚くべきことを行うことができるようにすることです。 さらに、これらのシステムを研究することで、私たち自身の技術でそれらを使用できるかもしれません。

ほとんどの花は、光の特定の波長のみを反射する光吸収顔料を含むため、カラフルに見えます。 しかし、花の中には、光が微視的に離れた構造や表面から反射したときに生成される異なるタイプの色である、虹色を使用するものもあります。

あなたがCDで見ることができるシフト虹の色は、虹色の例です。 これは、 光波間の相互作用 表面に密接に間隔を置いた微小なくぼみを跳ね返ります。これは、ある色が他の色を犠牲にしてより強くなることを意味します。 あなたの視野角が変わると、増幅された色が変わって、あなたが見るような、変色するモーフィング色の効果が得られます。


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多くの花は、同様の方法で虹色を発生させるために、その表面にワックスコーティングを施した1〜2分の1ミリメートルの溝を使用しています。 しかし、いくつかの花が蜂蜜を誘引するために虹色を使用する方法を調査している研究者は、 奇妙なことに気づいた。 溝の間隔および位置合わせは、予想通り完全ではなかった。 そして、彼らは見た花のすべてのタイプで非常に似たような方法で非常に完璧ではありませんでした。

これらの不完全性は、CDのように虹を与える代わりに、青色と紫外光のパターンが他の色よりもはるかに優れていることを意味し、研究者が「青いハロー」と呼んだものを作り出しました。 これが偶然ではないと疑う十分な理由があった。

  ミツバチの色知覚 我々のスペクトルと比較してスペクトルの青い端にシフトしている。 問題は、ワックスパターンの欠陥が、蜂が最も強く見える激しいブルース、オレンジ、および超オオカミを生成するように設計されているかどうかであった。 人間は時にはこれらのパターンを見ることができますが、通常はミツバチの色がはっきりと見える赤や黄色の色の背景から目に見えません。

研究者らは、蜂を2種類の人工花と関連付けるように蜂を訓練することによってこれを試験した。 1つは、正常な虹色を与えた完全に整列した格子を用いて花弁を作った。 他のものは、異なる本物の花から青いハローを複製する欠陥のある取り決めをしていました。

彼らは、ミツバチが虹色の偽の花を砂糖に結びつけることを学んだけれども、青いハローでよりよく素早く学びました。 驚くべきことに、多くの異なるタイプの開花植物が、この構造を別々に進化させた可能性があり、それぞれが、ミツバチへのシグナルを強化するために、わずかにオフキルタの虹色を与えるナノ構造を使用すると思われる。

蓮の効果

植物は、これらの種類の構造を使用するために多くの方法を進化させ、自然界の最初のナノテクノロジーを効果的に作り出しています。 例えば、すべての植物の花びらと葉を保護するワックスは、「疎水性」として知られている性質である水をはじく。 しかし、蓮のようないくつかの植物では、この性質はワックスコーティングの形状によって効果的に自己洗浄するように強化される。

ワックスは、高さが約5千分の1ミリメートルの円錐状の構造体のアレイ状に配列されている。 これらは、さらに、より小さいスケールでワックスのフラクタルパターンで被覆される。 水がこの表面に着くと、それはまったくそれに固執することができず、葉を横切って枝を横切るように球状の液滴を形成し、葉が縁から落ちるまで泥を拾います。 これは、超疎水性"または"蓮の効果 "。

スマートな植物

植物の内部には別のタイプのナノ構造がある。 植物が根から細胞に水を取り込むので、圧力は50メートルと海の下の100メートルの間にあるようなものになるまで細胞内に蓄積されます。 これらの圧力を封じ込めるために、セルは、5と50百万分の1ミリメートルとの間のセルロース鎖の束に基づく壁で囲まれ、 ミクロフィブリル.

個々の鎖はそれほど強くはないが、一旦ミクロフィブリルに形成されると、それらは強くなる。 ミクロフィブリルは、植物を成長させるためにその特性を変えることができる特殊な物質である天然の「スマートポリマー」を形成するために、他の糖のマトリックスに埋め込まれる。

人類は常に紙や綿などの天然ポリマーとしてセルロースを使用してきましたが、科学者は個々のミクロフィブリルを放出して新技術を創出する方法を開発中です。 その強度と軽さのために、この "ナノセルロース"は膨大な範囲の用途を持つことができます。 これらには より軽い車の部品, 低カロリー食品添加物, 組織工学の足場、おそらくさらに 紙のように薄い電子装置.

おそらく最も驚異的な植物ナノ構造は、光合成のために光エネルギーを捕捉し、それを使用できる場所に移動させる光収穫システムです。 植物はこのエネルギーを信じられないほどの90%の効率で動かすことができます。

会話光収穫システムの構成要素を正確に配置することで、量子物理学を使ってエネルギーを同時に動かすためのさまざまな方法をテストすることができるという証拠があります。 最も効果的なものを見つける。 これは、量子技術が、 より効率的な太陽電池。 それで、新しいナノテクノロジーを開発する場合、植物が最初にそこにいるかもしれないことを覚えておく価値があります。

著者について

植物生化学の上級講師であるスチュアート・トンプソン(Stuart Thompson) ウェストミンスター大学

この記事は、最初に公開された 会話。 読む 原著.

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