鲜花的秘密信号,蜜蜂和植物中隐藏的其他惊人的纳米技术

鲜花的秘密信号,蜜蜂和植物中隐藏的其他惊人的纳米技术
蜜蜂可以看到紫色区域周围的蓝色光环。
Edwige Moyroud

花有一个秘密的信号,是专门量身定做的 为蜜蜂 所以他们知道在哪里收集花蜜。 新的研究让我们更深入地了解了这个信号是如何工作的。 花瓣上的纳米图案反射光线,有效地在花周围形成“蓝色光环”,有助于吸引蜜蜂并鼓励授粉。

这个令人着迷的现象不应该让科学家感到意外。 植物实际上是充满了这种“纳米技术”,使他们能够做各种各样的惊人的事情,从清洁自己发电。 而且,通过研究这些系统,我们可以将它们用于我们自己的技术。

大多数花朵呈现多彩,因为它们含有仅反射特定波长的光的吸收光的颜料。 但有些花也使用虹彩,当光线从微观间隔的结构或表面反射时产生不同类型的颜色。

你可以在CD上看到的彩虹颜色是彩虹的一个例子。 这是由...造成的 光波之间的相互作用 从表面紧密间隔的微小凹痕处反弹,这意味着某些颜色变得更强烈,而牺牲其他颜色。 随着观看角度的变化,放大的色彩会发生变化,呈现出闪烁的变形色彩效果。

许多花朵在其表面的蜡涂层上使用千分之一至二千分之一毫米的凹槽,以类似的方式产生虹彩。 但研究人员调查一些花朵使用虹彩来吸引蜜蜂授粉的方式 注意到一些奇怪的。 沟槽的间隔和对齐不像预期的那么完美。 在他们所看到的所有类型的花中,它们并不完全相同。

这些缺陷意味着,不像CD那样给予彩虹,这种模式对蓝色和紫外线的反射比其他颜色好得多,这就造成了研究人员所谓的“蓝色光环”。 有充分的理由怀疑这不是巧合。

在此 蜜蜂的颜色知觉 与我们相比,正朝着光谱的蓝色末端转移。 问题在于,蜡纹的缺陷是否被“设计”,以产生强烈的蜜蜂看见的强烈蓝调,紫罗兰和紫外线。 人类可以偶尔看到这些模式,但它们通常对我们来说是看不见的,因为红色或黄色色素背景对蜜蜂来说看起来更暗。


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研究人员通过训练蜜蜂将这种糖与两种人造花进行了对比。 其中一个花瓣使用完美对齐的光栅制成,呈现正常的彩虹色。 另外一个则是从不同的真花中复制出蓝色的光晕。

他们发现,虽然蜜蜂学会把彩虹般的假花与糖联系起来,但他们用蓝色的光晕学得更快,更快。 令人着迷的是,似乎许多不同类型的开花植物可能已经分别演化了这种结构,每种都使用纳米结构,给予略微不同的彩虹色以加强它们对蜜蜂的信号。

莲花效应

植物已经发展出许多方式来使用这种结构,有效地使它们成为自然界的第一个纳米技术专家。 例如,保护所有植物的花瓣和叶子的蜡可以排斥水,这是一种被称为“疏水性”的特性。 但在一些植物,如莲花,这种性质是由蜡涂层的形状,有效地使其自我清洁的方式增强。

蜡排列成一个高度为千分之五毫米的锥形结构。 这些反过来在更小的尺度上涂覆有蜡的分形图案。 当水滴落在这个表面上时,它根本就不能粘在它上面,所以它形成了一个球形的水滴,在叶子上滚动,沿着边缘捡起污垢,直到它们从边缘脱落。 这就是所谓的 ”超疏水“或”莲花效应“。

聪明的植物

植物内部还有另一种类型的纳米结构。 当植物从根部吸收水分进入细胞时,细胞内部的压力就会形成,直到在50米和100米之间。 为了抑制这些压力,这些细胞被基于一束纤维素链的壁围绕着,这些纤维素链之间的距离在五毫米到百万分之一毫米之间, 微纤维.

单个链条不是那么坚固,但是一旦它们形成微纤维,它们就像钢铁一样强壮。 然后将微原纤维嵌入其他糖的基质中以形成天然的“智能聚合物”,这是一种可以改变其性质以使植物生长的特殊物质。

人类一直使用纤维素作为天然聚合物,例如在纸张或棉花中,但是科学家现在正在开发释放各种微纤维以创造新技术的方法。 由于其强度和轻便,这种“纳米纤维素”可以具有广泛的应用。 这些包括 更轻的汽车零件, 低卡路里的食品添加剂, 用于组织工程的支架,甚至可能 电子设备可以像一张纸一样薄.

也许最令人吃惊的植物纳米结构是为光合作用捕获光能并将其转移到可以使用的位置的光捕获系统。 植物能够以令人难以置信的90%效率移动这种能量。

谈话我们现在有证据表明,这是因为光捕获系统组成部分的确切安排允许他们使用量子物理学来测试许多不同的方式来同时移动能量, 找到最有效的。 这增加了量子技术可以提供的想法 更高效的太阳能电池。 所以当谈到开发新的纳米技术时,值得记住的是,植物可能首先到达那里。

关于作者

Stuart Thompson,植物生物化学高级讲师, 威斯敏斯特大学

这篇文章最初发表于 谈话。 阅读 原创文章.

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