Bijen kunnen een blauwe halo rond het paarse gebied zien. Edwige Moyroud

Bloemen hebben een geheime signaal dat speciaal is afgestemd voor bijen zodat ze weten waar nectar te verzamelen. En nieuw onderzoek heeft ons zojuist een beter inzicht gegeven in hoe dit signaal werkt. Nanoschaalpatronen op de bloembladen reflecteren het licht op een manier die effectief een "blauwe halo" rond de bloem creëert die helpt de bijen aan te trekken en de bestuiving stimuleert.

Dit fascinerende fenomeen moet wetenschappers niet te veel verbazen. Planten zitten eigenlijk vol met dit soort "nanotechnologie", dat hen in staat stelt allerlei verbazingwekkende dingen te doen, van schoonmaken tot energie opwekken. En, wat meer is, door deze systemen te bestuderen, kunnen we ze mogelijk in onze eigen technologieën gebruiken.

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

De veranderende regenboogkleuren die je op een CD ziet, zijn een voorbeeld van irisatie. Het wordt veroorzaakt door interacties tussen lichtgolven de microscopische inkepingen dicht op elkaar in het oppervlak stuiteren, wat betekent dat sommige kleuren intenser worden ten koste van anderen. Terwijl je kijkhoek verschuift, veranderen de versterkte kleuren om het glinsterende, morphing kleureffect te geven dat je ziet.

Veel bloemen gebruiken groeven tussen een en tweeduizend millimeter uit elkaar in de waslaag op hun oppervlak om iriserend te produceren op een vergelijkbare manier. Maar onderzoekers die de manier onderzoeken waarop sommige bloemen irisatie gebruiken om bijen aan te trekken om te bestuiven hebben merkte iets vreemds op. De afstand en uitlijning van de groeven waren niet zo perfect als verwacht. En ze waren niet helemaal perfect op dezelfde manier in alle soorten bloemen waar ze naar keken.

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

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

De onderzoekers testten dit door bijen te trainen om suiker te associëren met twee soorten kunstbloemen. Men had bloembladen gemaakt met behulp van perfect uitgelijnde roosters die normale irisatie gaven. De andere had gebrekkige regelingen die de blauwe halo's van verschillende echte bloemen repliceren.

Ze ontdekten dat hoewel de bijen leerden om de iriserende nepbloemen te associëren met suiker, ze met de blauwe halo's beter en sneller leerden. Fascinerend genoeg lijkt het erop dat veel verschillende soorten bloeiende planten deze structuur afzonderlijk hebben ontwikkeld, elk met behulp van nanostructuren die licht irregerend zijn om hun signalen voor bijen te versterken.

Het lotus-effect

Planten hebben vele manieren ontwikkeld om dit soort structuren te gebruiken, waardoor ze 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 in sommige planten, zoals de lotus, wordt deze eigenschap versterkt door de vorm van de waslaag op een manier die deze zelfreinigend maakt.

De was is gerangschikt in een reeks kegelachtige structuren van ongeveer vijfduizendsten millimeter hoog. Deze zijn op hun beurt bekleed met fractal waspatronen op nog kleinere schalen. Wanneer water op dit oppervlak terechtkomt, kan het er helemaal niet aan blijven kleven en vormt het dus bolvormige druppels die over het blad rollen en daarbij vuil opzuigen totdat ze van de rand vallen. Dit heet "superhydrophobicity"Of het" lotuseffect ".

Slimme planten

Binnen planten is er een ander type nanostructuur. Terwijl planten water van hun wortels in hun cellen opnemen, bouwt de druk zich op in de cellen totdat het lijkt alsof ze zich tussen 50-meters en 100-meters onder de zee bevindt. Om deze drukken te beheersen, worden de cellen omgeven door een muur op basis van bundels van celluloseketens tussen vijf en 50 miljoensten van een millimeter doorsnede genaamd microvezels.

De afzonderlijke kettingen zijn niet zo sterk, maar zodra ze 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 de eigenschappen ervan kan veranderen om de plant te laten groeien.

Mensen hebben cellulose altijd als een natuurlijk polymeer gebruikt, bijvoorbeeld in papier of katoen, maar wetenschappers zijn nu manieren aan het ontwikkelen om individuele microfibrillen vrij te maken voor het maken van nieuwe technologieën. Vanwege zijn sterkte en lichtheid kan deze "nanocellulose" een enorm scala aan toepassingen hebben. Waaronder lichtere auto-onderdelen, caloriearme levensmiddelenadditieven, steigers voor tissue engineeringen misschien zelfs elektronische apparaten die zo dun kunnen zijn als een vel papier.

Misschien zijn de meest verbazingwekkende nanostructuren van planten de licht-oogstsystemen die lichtenergie vangen voor fotosynthese en 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 rangschikking van de componenten van de licht-oogstsystemen hen in staat stelt om kwantumfysica te gebruiken om veel verschillende manieren te testen om de energie tegelijkertijd te verplaatsen en vind het meest effectief. Dit draagt ​​bij aan het idee dat kwantumtechnologie kan helpen bieden efficiëntere zonnecellen. Dus als het gaat om het ontwikkelen van nieuwe nanotechnologie, is het de moeite waard eraan te denken dat planten er misschien het eerst zijn geraakt.

Over de auteur

Stuart Thompson, Senior Lecturer in Plant Biochemistry, University of Westminster

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

Related Books:

at InnerSelf Market en Amazon