ผึ้งสามารถเห็นรัศมีสีน้ำเงินรอบบริเวณสีม่วง เอ็ดวิจ มอยรูด์
ดอกไม้มีสัญญาณลับที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ สำหรับผึ้ง ดังนั้นพวกเขาจึงรู้ว่าจะเก็บน้ำหวานได้ที่ไหน และการวิจัยใหม่ทำให้เราเข้าใจมากขึ้นว่าสัญญาณนี้ทำงานอย่างไร ลวดลายระดับนาโนบนกลีบดอกสะท้อนแสงในลักษณะที่สร้าง “รัศมีสีน้ำเงิน” รอบดอกไม้ที่ช่วยดึงดูดผึ้งและกระตุ้นการผสมเกสร
ปรากฏการณ์อันน่าทึ่งนี้ไม่ควรสร้างความประหลาดใจให้กับนักวิทยาศาสตร์มากนัก จริงๆ แล้ว พืชเต็มไปด้วย "นาโนเทคโนโลยี" ชนิดนี้ ซึ่งช่วยให้พวกเขาทำสิ่งมหัศจรรย์ได้ทุกประเภท ตั้งแต่การทำความสะอาดตัวเองไปจนถึงการสร้างพลังงาน และยิ่งไปกว่านั้น โดยการศึกษาระบบเหล่านี้ เราอาจนำระบบไปใช้ในเทคโนโลยีของเราเองได้
ดอกไม้ส่วนใหญ่มีสีสันเพราะมีสีที่ดูดซับแสงซึ่งสะท้อนเฉพาะความยาวคลื่นบางช่วงของแสงเท่านั้น แต่ดอกไม้บางชนิดก็ใช้สีรุ้งเช่นกัน ซึ่งเป็นสีประเภทอื่นที่เกิดขึ้นเมื่อแสงสะท้อนจากโครงสร้างหรือพื้นผิวที่เว้นระยะด้วยกล้องจุลทรรศน์
สีรุ้งที่เปลี่ยนไปที่คุณเห็นบนแผ่นซีดีเป็นตัวอย่างของสีรุ้ง มันเกิดจาก ปฏิสัมพันธ์ระหว่างคลื่นแสง กระดอนออกจากรอยเว้าด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่เว้นระยะห่างอย่างใกล้ชิดในพื้นผิว ซึ่งหมายความว่าสีบางสีจะเข้มขึ้นโดยที่สีอื่นๆ เสียไป เมื่อมุมการรับชมของคุณเปลี่ยนไป สีที่ขยายจะเปลี่ยนเพื่อให้เอฟเฟกต์สีที่ส่องประกายระยิบระยับตามที่คุณเห็น
ดอกไม้จำนวนมากใช้ร่องระหว่างหนึ่งถึงสองในพันของมิลลิเมตรในการเคลือบแว็กซ์บนพื้นผิวเพื่อให้เกิดสีรุ้งในลักษณะเดียวกัน แต่นักวิจัยกำลังศึกษาวิธีที่ดอกไม้บางชนิดใช้สีรุ้งเพื่อดึงดูดผึ้งให้ผสมเกสรได้ สังเกตอะไรแปลกๆ. ระยะห่างและการจัดตำแหน่งร่องไม่สมบูรณ์แบบเท่าที่ควร และมันก็ไม่ได้สมบูรณ์แบบในลักษณะที่คล้ายคลึงกันมากในดอกไม้ทุกประเภทที่พวกเขามอง
ความไม่สมบูรณ์เหล่านี้หมายความว่าแทนที่จะให้รุ้งกินน้ำเหมือนซีดี รูปแบบต่างๆ ทำงานได้ดีสำหรับแสงสีน้ำเงินและอัลตราไวโอเลตมากกว่าสีอื่นๆ ทำให้เกิดสิ่งที่นักวิจัยเรียกว่า "รัศมีสีน้ำเงิน" มีเหตุผลที่ดีที่จะสงสัยว่านี่ไม่ใช่เรื่องบังเอิญ
พื้นที่ การรับรู้สีของผึ้ง ถูกเลื่อนไปทางปลายสีน้ำเงินของสเปกตรัมเมื่อเทียบกับของเรา คำถามคือว่าข้อบกพร่องในรูปแบบขี้ผึ้ง "ได้รับการออกแบบ" เพื่อสร้างบลูส์ ไวโอเล็ต และอัลตราไวโอเลตเข้มข้นที่ผึ้งมองเห็นได้ชัดเจนที่สุดหรือไม่ มนุษย์สามารถเห็นรูปแบบเหล่านี้ได้ในบางครั้ง แต่โดยปกติแล้วเราจะมองไม่เห็นพวกมันเมื่อเปรียบเทียบกับพื้นหลังที่มีเม็ดสีแดงหรือสีเหลืองที่ดูเข้มกว่าผึ้งมาก
นักวิจัยทดสอบโดยการฝึกผึ้งให้เชื่อมโยงน้ำตาลกับดอกไม้ประดิษฐ์สองประเภท หนึ่งมีกลีบที่ทำโดยใช้ตะแกรงที่เรียงชิดกันอย่างสมบูรณ์ซึ่งให้สีรุ้งตามปกติ อีกดอกมีข้อบกพร่องในการเลียนแบบรัศมีสีน้ำเงินจากดอกไม้จริงต่างๆ
พวกเขาพบว่าแม้ว่าผึ้งจะเรียนรู้ที่จะเชื่อมโยงดอกไม้ปลอมสีรุ้งกับน้ำตาล แต่พวกมันเรียนรู้ได้ดีขึ้นและเร็วขึ้นด้วยรัศมีสีน้ำเงิน ที่น่าสนใจคือ ดูเหมือนว่าไม้ดอกหลายชนิดอาจมีวิวัฒนาการโครงสร้างนี้แยกจากกัน โดยแต่ละชนิดใช้โครงสร้างนาโนที่ให้สีรุ้งเล็กน้อยเพื่อเสริมสร้างสัญญาณของผึ้งต่อผึ้ง
ผลบัว
พืชได้พัฒนาวิธีการต่างๆ มากมายในการใช้โครงสร้างประเภทนี้ ทำให้พวกมันกลายเป็นนักนาโนเทคโนโลยีคนแรกของธรรมชาติได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น แว็กซ์ที่ปกป้องกลีบและใบของพืชทุกชนิดจะขับไล่น้ำ ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่เรียกว่า "ความไม่ชอบน้ำ" แต่ในพืชบางชนิด เช่น ดอกบัว คุณสมบัตินี้ได้รับการเสริมด้วยรูปทรงของการเคลือบแว็กซ์ในลักษณะที่ทำให้สามารถทำความสะอาดตัวเองได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ขี้ผึ้งถูกจัดเรียงเป็นแถวๆ โครงสร้างคล้ายกรวยสูงประมาณห้าในพันของมิลลิเมตร สิ่งเหล่านี้จะถูกเคลือบด้วยรูปแบบเศษส่วนของขี้ผึ้งในระดับที่เล็กกว่า เมื่อน้ำตกลงบนพื้นผิวนี้ มันไม่สามารถเกาะติดมันได้เลย มันจึงกลายเป็นหยดทรงกลมที่กลิ้งไปตามใบไม้เพื่อเก็บสิ่งสกปรกตามทางจนหลุดออกจากขอบ นี้เรียกว่า “ความไม่ชอบน้ำยิ่งยวด” หรือ “ผลบัว”
พืชอัจฉริยะ
ภายในพืชมีโครงสร้างนาโนอีกประเภทหนึ่ง เมื่อพืชดูดน้ำจากรากเข้าไปในเซลล์ แรงดันจะก่อตัวภายในเซลล์จนเหมือนอยู่ใต้ทะเลระหว่าง 50 เมตรถึง 100 เมตร เพื่อควบคุมแรงกดดันเหล่านี้ เซลล์ต่างๆ จะถูกล้อมรอบด้วยกำแพงโดยอาศัยการรวมกลุ่มของโซ่เซลลูโลสระหว่างห้าถึง 50 ในล้านของมิลลิเมตร microfibrils.
โซ่แต่ละเส้นไม่แข็งแรง แต่เมื่อสร้างเป็นไมโครไฟบริลแล้ว โซ่จะแข็งแรงพอๆ กับเหล็กกล้า จากนั้นไมโครไฟเบอร์จะถูกฝังอยู่ในเมทริกซ์ของน้ำตาลอื่น ๆ เพื่อสร้าง "พอลิเมอร์อัจฉริยะ" ตามธรรมชาติ ซึ่งเป็นสารพิเศษที่สามารถเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของมันเพื่อให้พืชเติบโตได้
มนุษย์มักใช้เซลลูโลสเป็นพอลิเมอร์ตามธรรมชาติ เช่น ในกระดาษหรือฝ้าย แต่ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์กำลังพัฒนาวิธีการที่จะปลดปล่อยไมโครไฟเบอร์แต่ละตัวเพื่อสร้างเทคโนโลยีใหม่ เนื่องจากความแข็งแรงและความเบา “นาโนเซลลูโลส” นี้จึงสามารถใช้งานได้หลากหลาย ได้แก่ ชิ้นส่วนรถยนต์ที่มีน้ำหนักเบา, วัตถุเจือปนอาหารแคลอรี่ต่ำ, นั่งร้านสำหรับวิศวกรรมเนื้อเยื่อและบางทีอาจจะ อุปกรณ์อิเล็คทรอนิคส์ที่บางเท่ากระดาษ.
บางทีโครงสร้างนาโนของพืชที่น่าอัศจรรย์ที่สุดคือระบบเก็บเกี่ยวแสงที่จับพลังงานแสงสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงและถ่ายโอนไปยังไซต์ที่สามารถใช้งานได้ พืชสามารถเคลื่อนย้ายพลังงานนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ 90% อย่างไม่น่าเชื่อ
ขณะนี้เรามีหลักฐานว่าเป็นเพราะการจัดเรียงที่แน่นอนขององค์ประกอบของระบบการเก็บเกี่ยวแสงช่วยให้พวกเขาใช้ฟิสิกส์ควอนตัมเพื่อทดสอบวิธีต่างๆ ในการเคลื่อนย้ายพลังงานไปพร้อม ๆ กันและ พบว่ามีประสิทธิภาพมากที่สุด. สิ่งนี้เพิ่มน้ำหนักให้กับแนวคิดที่ว่าเทคโนโลยีควอนตัมสามารถช่วยได้ เซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น efficient. ดังนั้น เมื่อพูดถึงการพัฒนานาโนเทคโนโลยีใหม่ จึงควรจำไว้ว่าพืชอาจไปถึงที่นั่นก่อน
เกี่ยวกับผู้เขียน
Stuart Thompson อาจารย์อาวุโสด้านชีวเคมีพืช มหาวิทยาลัยเวสต์มิ
บทความนี้ถูกเผยแพร่เมื่อวันที่ สนทนา. อ่าน บทความต้นฉบับ.
หนังสือที่เกี่ยวข้อง:
at ตลาดภายในและอเมซอน
