Bienen können einen blauen Heiligenschein um die purpurrote Region sehen. Edwige Mojroud

Blumen haben ein geheimes Signal, das speziell zugeschnitten ist für Bienen damit sie wissen, wo sie Nektar sammeln können. 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 Heiligenschein" um die Blume herum erzeugt, der die Bienen anlockt und die Bestäubung fördert.

Dieses faszinierende Phänomen sollte Wissenschaftler nicht allzu sehr überraschen. Pflanzen sind tatsächlich voll von dieser Art von "Nanotechnologie", die es ihnen ermöglicht, alle möglichen erstaunlichen Dinge zu tun, von der Reinigung bis zur Erzeugung von Energie. Und wenn wir diese Systeme studieren, können wir sie vielleicht auch in unseren eigenen Technologien einsetzen.

Die meisten Blumen erscheinen farbenfroh, weil sie lichtabsorbierende Pigmente enthalten, die nur bestimmte Wellenlängen des Lichts reflektieren. Aber einige Blumen verwenden auch Irideszenz, 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 Irisieren. Es ist verursacht durch Wechselwirkungen zwischen Lichtwellen von den mikroskopisch kleinen Vertiefungen in seiner Oberfläche abprallen, wodurch einige Farben auf Kosten anderer intensiver werden. Wenn sich der Betrachtungswinkel ändert, ändern sich die verstärkten Farben und geben den schimmernden, morphenden Farbeffekt wieder, den Sie sehen.

Viele Blumen verwenden Rillen zwischen einem und zwei Tausendstel Millimeter im Wachsüberzug auf ihrer Oberfläche, um auf ähnliche Weise ein Schillern zu erzeugen. Forscher haben jedoch untersucht, wie manche Blüten irisieren, um Bienen zur Bestäubung anzulocken bemerkte etwas Seltsames. Der Abstand und die Ausrichtung der Rillen waren nicht ganz so perfekt wie erwartet. Und sie waren in allen Arten von Blumen, die sie ansahen, nicht sehr vollkommen in ähnlicher Weise.

Diese Unvollkommenheiten bedeuteten, dass, anstatt einen Regenbogen wie eine CD zu geben, die Muster viel besser für blaues und ultraviolettes Licht arbeiteten als andere Farben, was das erzeugte, was die Forscher einen "blauen Heiligenschein" nannten. Es gab guten Grund zu vermuten, dass dies kein Zufall war.

Das Farbwahrnehmung von Bienen ist gegenüber dem blauen Ende des Spektrums verschoben. Die Frage war, ob die Fehler in den Wachsmustern "entworfen" wurden, um die intensiven Blautöne, Veilchen und Ultra-Veilchen zu erzeugen, die die Bienen am stärksten wahrnehmen. Menschen können gelegentlich diese Muster sehen, aber sie sind für uns normalerweise unsichtbar gegen rote oder gelbe pigmentierte Hintergründe, die Bienen viel dunkler erscheinen.

Die Forscher testeten dies, indem sie Bienen trainierten, um Zucker mit zwei Arten künstlicher Blumen zu assoziieren. Einer hatte Blütenblätter mit perfekt ausgerichteten Gittern, die normales Schillern gaben. Die andere hatte fehlerhafte Anordnungen, die die blauen Halos von verschiedenen echten Blumen abbildeten.

Sie fanden heraus, dass, obwohl die Bienen lernten, die irisierenden künstlichen Blumen mit Zucker zu assoziieren, sie mit den blauen Halos besser und schneller lernten. Faszinierend scheint, dass viele verschiedene Arten von blühenden Pflanzen diese Struktur getrennt entwickelt haben können, jede mit Nanostrukturen, die leicht irreguläre Schattierungen geben, um ihre Signale für Bienen zu verstärken.

Der Lotus-Effekt

Pflanzen haben viele Wege entwickelt, um diese Art von Strukturen zu nutzen und sie zu den ersten Nanotechnologen der Natur zu machen. Zum Beispiel weisen die Wachse, die die Blütenblätter und Blätter aller Pflanzen schützen, Wasser ab, eine Eigenschaft, die als "Hydrophobie" bekannt ist. In manchen Pflanzen, wie zum Beispiel dem Lotus, wird diese Eigenschaft durch die Form der Wachsbeschichtung so verstärkt, dass sie sich selbst selbstreinigend macht.

Das Wachs ist in einer Anordnung von konusähnlichen Strukturen angeordnet, die ungefähr 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 kleben und bildet kugelförmige Tropfen, die über das Blatt rollen und Schmutz auf dem Weg aufnehmen, bis sie vom Rand fallen. Das nennt man "Superhydrophobie"Oder der" Lotus-Effekt ".

Intelligente Pflanzen

In Pflanzen gibt es eine andere Art von Nanostrukturen. Wenn Pflanzen Wasser von ihren Wurzeln in ihre Zellen aufnehmen, baut sich der Druck in den Zellen auf, bis sie sich zwischen 50-Metern und 100-Metern unter dem Meer befinden. Um diesen Druck einzudämmen, werden die Zellen von einer Wand umgeben, die auf Bündeln von Celluloseketten zwischen fünf und 50 Millionstel Millimetern basiert Mikrofibrillen.

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 verändern kann, um die Pflanze wachsen zu lassen.

Menschen haben Zellulose immer als natürliches Polymer verwendet, zum Beispiel in Papier oder Baumwolle, aber Wissenschaftler entwickeln jetzt Möglichkeiten, einzelne Mikrofibrillen freizusetzen, um neue Technologien zu entwickeln. Aufgrund ihrer Stärke und Leichtigkeit könnte diese "Nanozellulose" eine große Bandbreite von Anwendungen haben. Diese beinhalten leichtere Autoteile, kalorienarme Lebensmittelzusatzstoffe, Gerüste für das Tissue Engineeringund vielleicht sogar elektronische Geräte, die so dünn wie ein Blatt Papier sein könnten.

Die vielleicht erstaunlichsten pflanzlichen Nanostrukturen sind die Lichtsammelsysteme, die Lichtenergie für die Photosynthese auffangen und an die Orte übertragen, an denen sie genutzt werden können. Pflanzen können diese Energie mit einer unglaublichen 90% Effizienz bewegen.

Wir haben jetzt den Beweis, dass dies daran liegt, dass die genaue Anordnung der Komponenten der Lichtsammelsysteme es ihnen ermöglicht, mithilfe der Quantenphysik viele verschiedene Möglichkeiten zu testen, die Energie gleichzeitig zu bewegen finde die effektivste. Dies erhöht die Idee, die die Quantentechnologie liefern könnte effizientere Solarzellen. Wenn es darum geht, neue Nanotechnologien zu entwickeln, sollte man sich daran erinnern, dass Pflanzen dort zuerst angekommen sind.

Über den Autor

Stuart Thompson, Dozent für Pflanzenbiochemie, University of Westminster

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.

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