Blumen haben ein geheimes Signal, das speziell auf Bienen zugeschnitten ist, damit sie wissen, wo sie Nektar sammeln müssen. Und neue Forschungen haben uns einen besseren Einblick in die Funktionsweise dieses Signals gegeben. Nanoskalige Muster auf den Blütenblättern reflektieren das Licht auf eine Weise, die effektiv einen „blauen Lichthof“ um die Blüte erzeugt, der die Bienen anzieht und die Bestäubung fördert.
Dieses faszinierende Phänomen sollte die Wissenschaftler nicht überraschen. Pflanzen sind tatsächlich voll von dieser Art von "Nanotechnologie", die es ihnen ermöglicht, alle möglichen erstaunlichen Dinge zu tun, von der Reinigung selbst bis zur Energieerzeugung. Wenn wir diese Systeme studieren, können wir sie möglicherweise auch in unsere Systeme integrieren eigene Technologien.
Die meisten Blumen sehen bunt aus, weil sie lichtabsorbierende Pigmente enthalten, die nur bestimmte Wellenlängen des Lichts reflektieren. Einige Blumen verwenden jedoch auch das Schillern, eine andere Art von Farbe, die erzeugt wird, wenn Licht von mikroskopisch beabstandeten Strukturen oder Oberflächen reflektiert wird.
Die wechselnden Regenbogenfarben, die Sie auf einer CD sehen können, sind ein Beispiel für das Schillern. Es wird durch Wechselwirkungen zwischen Lichtwellen verursacht, die von den mikroskopisch kleinen Vertiefungen in der Oberfläche abprallen, was bedeutet, dass einige Farben auf Kosten anderer intensiver werden. Wenn sich Ihr Betrachtungswinkel ändert, ändern sich die verstärkten Farben, um den schimmernden, verwandelnden Farbeffekt zu erzielen, den Sie sehen.
Bienen können einen blauen Heiligenschein um die purpurrote Region sehen. (Edwige Moyroud) Viele Blumen verwenden Rillen zwischen einem und zwei Tausendstel Millimetern Abstand in der Wachsbeschichtung auf ihrer Oberfläche, um auf ähnliche Weise ein Irisieren zu erzeugen. Aber Forscher, die untersuchen, wie manche Blumen das Schillern nutzen, um Bienen zur Bestäubung anzulocken, haben etwas Merkwürdiges bemerkt. Der Abstand und die Ausrichtung der Rillen waren nicht ganz so perfekt wie erwartet. Und sie waren nicht in allen Arten von Blumen, die sie betrachteten, in sehr ähnlicher Weise perfekt.
Diese Unvollkommenheiten führten dazu, dass die Muster für blaues und ultraviolettes Licht viel besser funktionierten als für andere Farben, anstatt einen Regenbogen als CD zu geben. Die Forscher nannten dies einen „blauen Heiligenschein“. Es gab guten Grund zu der Annahme, dass dies nicht der Fall war kein Zufall.
Die Farbwahrnehmung von Bienen ist im Vergleich zu unserer zum blauen Ende des Spektrums hin verschoben. Die Frage war, ob die Fehler in den Wachsmustern so „entworfen“ wurden, dass sie die intensiven Blautöne, Veilchen und Ultravioletten erzeugen, die Bienen am stärksten sehen. Menschen können diese Muster gelegentlich sehen, aber sie sind für uns normalerweise unsichtbar vor rot oder gelb pigmentierten Hintergründen, die für Bienen viel dunkler aussehen.
Die Forscher testeten dies, indem sie Bienen darin trainierten, Zucker mit zwei Arten künstlicher Blumen in Verbindung zu bringen. Man ließ Blütenblätter mit perfekt ausgerichteten Gittern herstellen, die ein normales Schillern zeigten. Die andere hatte fehlerhafte Anordnungen, die die blauen Lichthöfe von verschiedenen echten Blumen reproduzierten.
Sie fanden heraus, dass die Bienen zwar lernten, die schillernden Kunstblumen mit Zucker zu assoziieren, aber mit den blauen Lichthöfen besser und schneller lernten. Faszinierenderweise scheint es, dass viele verschiedene Arten von Blütenpflanzen diese Struktur separat entwickelt haben, wobei jede Nanostruktur eine geringfügig abweichende Irisierung aufweist, um ihre Signale an die Bienen zu verstärken.
Warte eine Minute! Das ist keine Blume. (Edwige Moyroud) **********
Pflanzen haben viele Möglichkeiten entwickelt, diese Art von Strukturen zu nutzen, und sind damit die ersten Nanotechnologen der Natur. Beispielsweise stoßen die Wachse, die die Blütenblätter und Blätter aller Pflanzen schützen, Wasser ab, eine Eigenschaft, die als „Hydrophobizität“ bezeichnet wird. Bei einigen Pflanzen, wie z. B. Lotus, wird diese Eigenschaft jedoch durch die Form der Wachsbeschichtung auf eine solche Weise verstärkt macht es effektiv selbstreinigend.
Das Wachs ist in einer Anordnung von kegelförmigen Strukturen angeordnet, die etwa fünf Tausendstel Millimeter hoch sind. Diese wiederum sind in noch kleineren Maßstäben mit fraktalen Wachsmustern überzogen. Wenn Wasser auf dieser Oberfläche landet, kann es überhaupt nicht daran haften und bildet kugelförmige Tropfen, die über das Blatt rollen und dabei Schmutz aufnehmen, bis sie vom Rand fallen. Dies nennt man "Superhydrophobie" oder den "Lotus-Effekt".
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In Pflanzen gibt es eine andere Art von Nanostruktur. Wenn Pflanzen Wasser von ihren Wurzeln in ihre Zellen aufnehmen, baut sich der Druck in den Zellen auf, bis er sich zwischen 50 und 100 Metern unter dem Meer befindet. Um diese Drücke einzudämmen, sind die Zellen von einer Wand umgeben, die aus Zellulosekettenbündeln zwischen fünf und 50 Millionstel Millimetern über sogenannte Mikrofibrillen besteht.
Die einzelnen Ketten sind nicht so stark, aber sobald sie zu Mikrofibrillen geformt sind, werden sie so stark wie Stahl. Die Mikrofibrillen werden dann in eine Matrix aus anderen Zuckern eingebettet, um ein natürliches „intelligentes Polymer“ zu bilden, eine spezielle Substanz, die ihre Eigenschaften ändern kann, um die Pflanze zum Wachsen zu bringen.
Der Mensch hat Cellulose schon immer als natürliches Polymer verwendet, zum Beispiel in Papier oder Baumwolle. Jetzt entwickeln Wissenschaftler Möglichkeiten, einzelne Mikrofibrillen freizusetzen, um neue Technologien zu entwickeln. Aufgrund seiner Stärke und Leichtigkeit kann diese „Nanocellulose“ eine Vielzahl von Anwendungen haben. Dazu gehören leichtere Autoteile, kalorienarme Lebensmittelzusatzstoffe, Gerüste für das Tissue Engineering und vielleicht sogar elektronische Geräte, die so dünn wie ein Blatt Papier sein könnten.
Die vielleicht erstaunlichsten Nanostrukturen von Pflanzen sind die Lichtsammelsysteme, die Lichtenergie für die Photosynthese einfangen und an die Stellen übertragen, an denen sie verwendet werden kann. Pflanzen sind in der Lage, diese Energie mit einer unglaublichen Effizienz von 90 Prozent zu transportieren.
Wir haben jetzt Beweise dafür, dass die genaue Anordnung der Komponenten der Lichtsammelsysteme es ihnen ermöglicht, mithilfe der Quantenphysik viele verschiedene Möglichkeiten zu testen, um die Energie gleichzeitig zu bewegen und die effektivste zu finden. Dies verstärkt die Idee, dass die Quantentechnologie dazu beitragen könnte, effizientere Solarzellen bereitzustellen. Wenn es darum geht, neue Nanotechnologien zu entwickeln, sollte man bedenken, dass Pflanzen möglicherweise zuerst dort angekommen sind.
Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation veröffentlicht.
Stuart Thompson, Dozent für Pflanzenbiochemie an der University of Westminster
