花にはミツバチのために特別に調整された秘密のシグナルがあり、蜜を集める場所を知っています。 そして、新しい研究により、この信号がどのように機能するかについてのより大きな洞察が得られました。 花びらのナノスケールのパターンは、花の周りに「青いハロー」を効果的に作成する方法で光を反射し、ミツバチの誘引と受粉を促進します。
この魅力的な現象は、科学者にとってそれほど驚きではありません。 植物は実際にこの種の「ナノテクノロジー」でいっぱいであり、それにより、植物は自分自身の洗浄からエネルギーの生成まで、あらゆる種類の驚くべきことを行うことができます。独自の技術。
ほとんどの花は、特定の波長の光のみを反射する光吸収色素を含むため、カラフルに見えます。 しかし、花の中には虹色を使用するものもあります。虹色は、微視的に間隔を空けた構造または表面から光が反射するときに生成される異なる種類の色です。
CDで見ることができる虹色の変化は、虹色の例です。 これは、表面の微細なくぼみから跳ね返る光波間の相互作用によって引き起こされます。つまり、一部の色は他の色を犠牲にしてより強くなります。 視野角が変化すると、増幅された色が変化して、見ることができるきらめく、モーフィングの色効果を与えます。
ミツバチは紫色の領域の周りに青いハローを見ることができます。 （Edwige Moyroud） 多くの花は、表面のワックスコーティングに1000分の1から2ミリの間隔で溝を使用して、同様の方法で玉虫色を作り出しています。 しかし、いくつかの花がミツバチを使用してミツバチを誘引する方法を調査している研究者は、奇妙なことに気づきました。 溝の間隔と配列は、予想したほど完全ではありませんでした。 そして、彼らは見た花のすべてのタイプで非常に似たような方法で完全ではありませんでした。
これらの欠陥は、CDのように虹を与える代わりに、パターンが他の色よりも青と紫外線に対してはるかによく機能し、研究者が「青いハロー」と呼ぶものを作り出したことを意味しました。偶然ではありません。
ミツバチの色知覚は、私たちと比べてスペクトルの青い端に向かってシフトしています。 問題は、ワックスパターンの欠陥が、ミツバチが最も強く見える強い青、スミレ、紫外線を生成するように「設計」されているかどうかでした。 人間はこれらのパターンを時折見ることができますが、通常はミツバチにずっと暗い赤や黄色の色素の背景に対して私たちには見えません。
研究者たちは、砂糖を2種類の人工花と関連付けるためにミツバチを訓練することでこれをテストしました。 1つは、通常の虹色を与える完全に整列したグレーティングを使用して花びらを作成しました。 もう1つは、異なる本物の花から青いハローを複製した配置に欠陥がありました。
彼らは、ミツバチは虹色の偽の花と砂糖を結びつけることを学んだが、青いハローを使ってより速くより早く学んだことを発見した。 興味深いことに、多くの異なるタイプの顕花植物がこの構造を別々に進化させた可能性があり、それぞれがわずかにキラキラした虹色を与えて蜂へのシグナルを強化するナノ構造を使用しているようです。
ちょっと待って！ これは花ではありません。 （Edwige Moyroud） **********
植物は、この種の構造を使用するために多くの方法を進化させており、自然界で最初のナノテクノロジーを効果的に行っています。 たとえば、すべての植物の花びらや葉を保護するワックスは、「疎水性」として知られる特性である水をはじきます。しかし、ロータスなどの一部の植物では、この特性はワックスコーティングの形状によって強化されます。効果的にセルフクリーニングします。
ワックスは、高さ約1000分の5ミリの円錐状構造の配列に配置されます。 これらはさらに小さなスケールでワックスのフラクタルパターンでコーティングされています。 水がこの表面に着地すると、水はまったく付着せず、球形の液滴を形成して葉を横切って転がり、途中で汚れを拾い上げて端から落ちます。 これは「超疎水性」または「ロータス効果」と呼ばれます。
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植物の中には、別の種類のナノ構造があります。 植物が根から細胞に水を取り込むと、海中の50メートルから100メートルの間になるまで細胞内に圧力がかかります。 これらの圧力を抑えるために、細胞は、ミクロフィブリルと呼ばれる5千万から5, 000万ミリメートルのセルロースチェーンの束に基づく壁に囲まれています。
個々のチェーンはそれほど強くはありませんが、一度ミクロフィブリルに形成されると、鋼鉄のように強くなります。 次に、ミクロフィブリルは他の糖のマトリックスに埋め込まれ、植物を成長させるためにその特性を変えることができる特別な物質である天然の「スマートポリマー」を形成します。
人間は、セルロースを紙や綿などの天然ポリマーとして常に使用していましたが、科学者は現在、個々のミクロフィブリルを放出して新しい技術を生み出す方法を開発しています。 この「ナノセルロース」は、その強度と軽さのために、非常に幅広い用途に使用できます。 これらには、軽量の自動車部品、低カロリーの食品添加物、ティッシュエンジニアリング用の足場、さらには紙のように薄い電子デバイスも含まれます。
恐らく最も驚くべき植物ナノ構造は、光合成のために光エネルギーを捕獲し、それを使用できる場所に移動する集光システムです。 植物は信じられないほどの90％の効率でこのエネルギーを動かすことができます。
これは、集光システムのコンポーネントの正確な配置により、量子物理学を使用してエネルギーを同時に移動し、最も効果的なものを見つけるためのさまざまな方法をテストできるためであるという証拠があります。 これは、量子技術がより効率的な太陽電池を提供するのに役立つという考えに重みを加えます。 したがって、新しいナノテクノロジーの開発に関しては、植物が最初にそこに到達した可能性があることを覚えておく価値があります。
この記事はもともとThe Conversationで公開されました。
スチュアート・トンプソン、ウェストミンスター大学植物生化学上級講師
