I fiori hanno un segnale segreto appositamente studiato per le api, quindi sanno dove raccogliere il nettare. E le nuove ricerche ci hanno appena dato una visione più ampia di come funziona questo segnale. I motivi in nanoscala sui petali riflettono la luce in modo da creare effettivamente un "alone blu" attorno al fiore che aiuta ad attirare le api e incoraggia l'impollinazione.
Questo affascinante fenomeno non dovrebbe sorprendere troppo gli scienziati. Le piante sono in realtà piene di questo tipo di "nanotecnologia", che consente loro di fare ogni sorta di cose straordinarie, dalla pulizia di se stesse alla generazione di energia. E, inoltre, studiando questi sistemi potremmo essere in grado di metterli in uso nel nostro proprie tecnologie.
La maggior parte dei fiori appare colorata perché contengono pigmenti che assorbono la luce e riflettono solo determinate lunghezze d'onda della luce. Ma alcuni fiori usano anche l'iridescenza, un diverso tipo di colore prodotto quando la luce si riflette da strutture o superfici microscopicamente distanziate.
I mutevoli colori dell'arcobaleno che puoi vedere su un CD sono un esempio di iridescenza. È causato dalle interazioni tra le onde luminose che rimbalzano sulle rientranze microscopiche ravvicinate nella sua superficie, il che significa che alcuni colori diventano più intensi a spese di altri. Man mano che l'angolo di visualizzazione cambia, i colori amplificati cambiano per dare l'effetto cromatico luccicante e morphing che vedi.
Le api possono vedere un alone blu intorno alla regione viola. (Edwige Moyroud) Molti fiori usano scanalature tra uno e due millesimi di millimetro di distanza nel rivestimento in cera sulla loro superficie per produrre iridescenza in modo simile. Ma i ricercatori che studiano il modo in cui alcuni fiori usano l'iridescenza per attirare le api per impollinare hanno notato qualcosa di strano. La spaziatura e l'allineamento delle scanalature non erano così perfetti come previsto. E non erano del tutto perfetti in modi molto simili in tutti i tipi di fiori che guardavano.
Queste imperfezioni significavano che invece di dare un arcobaleno come un CD, i motivi funzionavano molto meglio per la luce blu e ultravioletta rispetto ad altri colori, creando ciò che i ricercatori chiamavano un "alone blu". C'erano buone ragioni per sospettare che questo non fosse è una coincidenza.
La percezione del colore delle api è spostata verso l'estremità blu dello spettro rispetto alla nostra. La domanda era se i difetti nei modelli di cera fossero "progettati" per generare il blu intenso, le viole e le ultra-violette che le api vedono più fortemente. Gli esseri umani possono occasionalmente vedere questi schemi, ma di solito sono invisibili per noi su sfondi pigmentati rossi o gialli che sembrano molto più scuri per le api.
I ricercatori hanno testato questo addestrando le api per associare lo zucchero a due tipi di fiori artificiali. Uno aveva i petali realizzati con grigliati perfettamente allineati che davano una normale iridescenza. L'altro aveva arrangiamenti imperfetti che replicavano gli aloni blu di diversi fiori reali.
Scoprirono che sebbene le api imparassero ad associare i fiori finti iridescenti allo zucchero, impararono meglio e più velocemente con gli aloni blu. Affascinante, sembra che molti diversi tipi di piante da fiore possano aver evoluto questa struttura separatamente, ognuna usando nanostrutture che danno iridescenza leggermente off-kilter per rafforzare i loro segnali alle api.
Apetta un minuto! Questo non è un fiore. (Edwige Moyroud) **********
Le piante hanno sviluppato molti modi per utilizzare questo tipo di strutture, rendendole effettivamente i primi nanotecnologi della natura. Ad esempio, le cere che proteggono i petali e le foglie di tutte le piante respingono l'acqua, una proprietà nota come "idrofobicità". Ma in alcune piante, come il loto, questa proprietà è esaltata dalla forma del rivestimento in cera in un modo che lo rende efficace autopulente.
La cera è disposta in una serie di strutture a forma di cono alte circa cinque millesimi di millimetro. Questi sono a loro volta rivestiti con motivi frattali di cera su scale ancora più piccole. Quando l'acqua atterra su questa superficie, non può attaccarsi affatto e quindi forma gocce sferiche che rotolano sulla foglia raccogliendo terra lungo la strada fino a quando non cadono dal bordo. Questo si chiama "superidrofobicità" o "effetto loto".
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All'interno delle piante c'è un altro tipo di nanostruttura. Mentre le piante assorbono l'acqua dalle loro radici nelle loro cellule, la pressione si accumula all'interno delle cellule fino a quando è come essere tra 50 metri e 100 metri sotto il mare. Al fine di contenere queste pressioni, le cellule sono circondate da un muro basato su fasci di catene di cellulosa tra i cinque e i 50 milionesimi di millimetro chiamati microfibrille.
Le singole catene non sono così forti ma una volta formate in microfibrille diventano forti come l'acciaio. Le microfibrille vengono quindi incorporate in una matrice di altri zuccheri per formare un "polimero intelligente" naturale, una sostanza speciale che può alterare le sue proprietà per far crescere la pianta.
Gli umani hanno sempre usato la cellulosa come polimero naturale, ad esempio in carta o cotone, ma gli scienziati stanno ora sviluppando modi per rilasciare singole microfibrille per creare nuove tecnologie. A causa della sua forza e leggerezza, questo "nanocellulosio" potrebbe avere una vasta gamma di applicazioni. Questi includono parti di automobili più leggere, additivi alimentari a basso contenuto calorico, impalcature per l'ingegneria dei tessuti e forse persino dispositivi elettronici che potrebbero essere sottili come un foglio di carta.
Forse le nanostrutture vegetali più sorprendenti sono i sistemi di raccolta della luce che catturano l'energia della luce per la fotosintesi e la trasferiscono nei siti in cui può essere utilizzata. Le piante sono in grado di spostare questa energia con un'incredibile efficienza del 90 percento.
Ora abbiamo prove che ciò è dovuto al fatto che la disposizione esatta dei componenti dei sistemi di raccolta della luce consente loro di usare la fisica quantistica per testare molti modi diversi per spostare l'energia contemporaneamente e trovare il più efficace. Ciò aggiunge peso all'idea che la tecnologia quantistica potrebbe aiutare a fornire celle solari più efficienti. Quindi, quando si tratta di sviluppare nuove nanotecnologie, vale la pena ricordare che le piante potrebbero esserci arrivate per prime.
Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation.
Stuart Thompson, professore incaricato di biochimica delle piante, Università di Westminster
