Mehr als ein halbes Jahrhundert nach dem Erscheinen in den Regalen ist der bescheidene Lego-Stein dank der Vielseitigkeit des Bausteins und der mehrfachen Lizenzvereinbarungen des letzten Jahrzehnts ein äußerst erfolgreiches Spielzeug geblieben (was das Unternehmen in letzter Zeit dazu veranlasste, ihn über Mattel zu katapultieren der beste Spielzeughersteller der Welt).
Aber auch Legosteine haben gelegentlich als Hilfsmittel für die wissenschaftliche Forschung Eingang in Labore gefunden. Ein Team der University of Cambridge verwendete die Steine zum Beispiel, um synthetische Knochen zu bauen.
Forscher der Iowa State University haben sich nun transparenten Legosteinen zugewandt, um das Pflanzenwachstum auf neuartige und kostengünstige Weise zu untersuchen. In der kürzlich in der Fachzeitschrift PLOS One veröffentlichten Arbeit wird argumentiert, dass mit den Bausteinen hochpräzise Systeme im Zentimeterbereich mit chemischen Verläufen erstellt werden können, um zu untersuchen, wie sich chemische Veränderungen auf das Wurzelwachstum auswirken.
Wenn wir verstehen, wie chemische und umweltbedingte Veränderungen das Pflanzenwurzelwachstum beeinflussen, können wir die Ernteerträge steigern und besser verstehen, wie bestimmte Kulturen auf den Klimawandel reagieren.
Ludovico Cademartiri, Assistenzprofessor für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der Iowa State University und Mitautor des Papiers, erklärte gegenüber Smithsonian.com, dass die Idee, Legos zu verwenden, aus einer Brainstorming-Sitzung hervorgegangen sei, die darauf beruhte, wie überraschend wenig über den Weg bekannt ist Pflanzen reagieren auf Umweltveränderungen.
„Es besteht ein wachsender Konsens darüber, dass dies einer der wichtigsten Bereiche ist, die für die Pflanzenwissenschaften und die Agronomie weiterentwickelt werden müssen“, sagt Cademartiri. "Wenn wir unsere Ernteerträge verbessern wollen, müssen wir lernen, wie Pflanzen auf sehr komplexe Umwelteinflüsse reagieren."
Er sagt, der Grund, warum wir noch nicht mehr über das Thema wissen, ist zum Teil ein Mangel an Werkzeugen, die für diese Art von Experimenten zur Verfügung stehen. Techniken auf hohem Niveau existieren seit langem, um kleine ein- oder mehrzellige Organismen zu untersuchen, aber Pflanzen sind insofern problematisch, als sie zu Beginn winzig klein sind und während der gesamten Untersuchungszeit viel größer werden. Gewächshäuser eignen sich gut für große Studien, bei denen alle Pflanzen eine homogene Außenumgebung benötigen (z. B. dasselbe Maß an Wärme und Luftfeuchtigkeit). Stellen Sie sich jedoch ein Pflanzenexperiment vor, in dem Wissenschaftler möglicherweise 100 Pflanzen in 100 verschiedenen kontrollierten Umgebungen über und unter dem Boden aufstellen müssen, wobei jeder Aufbau ausreichend Platz für das Wachstum der Pflanze bietet Problem.
Mit den vorhandenen Mikrofluidik-Technologien können Wissenschaftler wie Molekularbiologen Testumgebungen mit einer Genauigkeit von einem Millionstel Meter steuern. Für die Pflanzenforschung kann es jedoch sehr schwierig und kostspielig sein, diese Systeme zu skalieren.
Transparente Legosteine sind ein gutes Medium, da sie erschwinglich sind, aber eine Umgebung schaffen, die präzise genug für ernsthafte Studien ist, wie Cademartiri und sein Team erfuhren, als sie begannen, die Idee zu untersuchen.
Die Forscher entschieden sich für handelsübliche transparente Lego-Teile, die einzeln direkt auf der Website von Lego gekauft werden können, stellten sie zur Sterilisation in einen Autoklaven und bauten dann aus den Teilen rechteckige Behälter, in denen das Gel oder ein anderer Bodenersatzstoff aufbewahrt wurde. Die Behälter können in verschiedenen Größen gebaut werden, um verschiedenen Pflanzengrößen oder Wurzeltypen gerecht zu werden. Wenn ein Experiment beendet ist, können die Teile zerbrochen, gereinigt und wieder verwendet werden.
Die Doktorandin Kara Lind, eine weitere Autorin der Studie, arbeitete an Möglichkeiten, um sicherzustellen, dass Legosteine die transparenten Gele enthalten, die als Bodenersatz verwendet werden, damit die Forscher Wurzelveränderungen leicht erkennen können, berichtete der Iowa State News Service. Sie arbeitete auch Wege aus, um spezifische chemische Gradienten innerhalb der Strukturen zu erzeugen und um zu sehen, wie Pflanzen auf verschiedene Chemikalien reagieren, seien es Toxine oder Nährstoffe.
Das Ergebnis: „Es stellte sich heraus, dass Lego aus mehreren Gründen eine viel bessere Leistung erbracht hat, als wir dachten“, sagt Cademartiri.
Zum einen besteht ein „transparenter Lego aus Polycarbonat, so dass er sterilisiert werden kann, was ihn ideal für biologische Arbeiten macht“, sagt er. Die Steine sind auch chemisch inert, reagieren also nicht mit umgebenden Materialien und potenziell verderben Experimente.
Das Team ist bestrebt, Legos als Plattform und Werkzeug für ernsthafte Pflanzenstudien weiterzuentwickeln, in der Hoffnung, dass andere Wissenschaftler die Kultsteine für ihre eigene Forschung nützlich finden.
Cademartiri sagt, es sei noch zu früh, um zu sagen, inwieweit Wissenschaftler Legos für Pflanzenstudien einsetzen werden oder nicht, aber er ist optimistisch. Pädagogen setzen Legos seit langem in Klassenzimmern ein, und die Mindstorms-Roboterserie des Unternehmens wurde nicht nur zum Aufbau künstlicher Knochen verwendet, sondern auch von Forschern der University of Vermont verwendet, um Roboter zu entwickeln, die ihre Form ändern, um das Erlernen von Techniken zu erlernen gehen. So ist es zumindest wahrscheinlich, dass Legosteine auch weiterhin gelegentlich in Forschungslabors und in der Spielzeugkiste ein Zuhause finden.
„Wir haben uns gezwungen, die einfachsten, billigsten, bequemsten und leistungsfähigsten Werkzeuge zu entwickeln, die wir entwickeln konnten“, sagt Cademartiri. "Also hoffen wir, dass andere Wissenschaftler sie nützlich finden, und wir glauben, dass sie es tun werden."
