Bin kan se en blå halo runt den lila regionen. Edwige Moyroud

Blommor har en hemlig signal som är skräddarsydd för bin så de vet var de ska samla nektar. Och ny forskning har just gett oss en större inblick i hur denna signal fungerar. Nanoscale mönster på kronblad reflektera ljuset på ett sätt som effektivt skapar en "blå halo" runt blomman som hjälper till att locka bin och uppmuntrar pollinering.

Detta fascinerande fenomen bör inte komma som för mycket av en överraskning för forskare. Växter är faktiskt fulla av denna typ av "nanoteknik", som gör det möjligt för dem att göra alla möjliga fantastiska saker, från att städa sig till att generera energi. Och genom att studera dessa system kanske vi kan använda dem i vår egen teknik.

De flesta blommor verkar färgstarka eftersom de innehåller ljusabsorberande pigment som endast speglar vissa våglängder av ljus. Men vissa blommor använder också iridescens, en annan typ av färg som produceras när ljuset speglar från mikroskopiskt åtskilda strukturer eller ytor.

De skiftande regnbågsfärgerna som du kan se på en CD är ett exempel på iridescens. Det orsakas av interaktioner mellan ljusvågor studsar de tätt åtskilda mikroskopiska indragningarna i dess yta, vilket innebär att vissa färger blir mer intensiva på bekostnad av andra. När din synvinkel växlar ändras de förstärkta färgerna för att ge den skimrande, morphing-färgen effekten som du ser.

Många blommor använder spår mellan en och två tusendels millimeter av varandra i vaxbeläggningen på ytan för att producera iridescens på ett liknande sätt. Men forskare undersöker hur vissa blommor använder iridescens för att locka bin att pollinera har märkte något udda. Spårets avstånd och inriktning var inte lika perfekt som förväntat. Och de var inte helt perfekta på väldigt liknande sätt i alla typer av blommor som de tittade på.

Dessa felaktigheter innebar att i stället för att ge en regnbåge som en CD, fungerade mönstren mycket bättre för blått och ultraviolett ljus än andra färger, vilket skapade vad forskarna kallade en "blå halo". Det var god anledning att misstänka att detta inte var en slump.

Smakämnen färguppfattning av bin flyttas mot den blå änden av spektret jämfört med vårt. Frågan var huruvida bristerna i vaxmönstren var "designade" för att skapa de intensiva blues, violetter och ultravioletter som bin betraktar mest. Människor kan ibland se dessa mönster men de är vanligtvis osynliga mot oss mot röda eller gula pigmenterade bakgrunder som ser mycket mörkare på bin.

Forskarna testade detta genom att träna bin för att associera socker med två typer av konstgjord blomma. En hade kronblad gjorda med perfekt anpassade galler som gav normal iridescens. Den andra hade felaktiga arrangemang som replikerar de blå halonerna från olika riktiga blommor.

De fann att även om bina lärde sig att associera iriserande falska blommor med socker, lärde de sig bättre och snabbare med de blåa halonerna. Fascinerande verkar det som om många olika typer av blommande växter kan ha utvecklat denna struktur separat, var och en med nanostrukturer som ger en lite ojämn iridescens för att stärka deras signaler till bin.

Lotus effekten

Växter har utvecklats många sätt att använda denna typ av strukturer, vilket gör dem till naturens första nanoteknologer. Till exempel, de vaxer som skyddar kronblad och blad av alla växter avstöter vatten, en egenskap som kallas "hydrofobicitet". Men i vissa växter, såsom lotus, förbättras den här egenskapen genom formen av vaxbeläggningen på ett sätt som effektivt gör det självrengörande.

Vaxet är anordnat i en uppsättning konformade strukturer ungefär fem tusendels millimeter i höjd. Dessa är i sin tur belagda med fraktala mönster av vax vid ännu mindre skala. När vatten landar på den här ytan kan det inte hålla fast vid det och så bildar det sfäriska droppar som rullar över bladet och tar upp smuts längs vägen tills de faller utanför kanten. Det här kallas "superhydrophobicity"Eller" lotuseffekten ".

Smarta växter

Inuti växter finns en annan typ av nanostruktur. Eftersom växter tar upp vatten från sina rötter i sina celler, bygger trycket inuti cellerna tills det är som att vara mellan 50-mätare och 100-mätare under havet. För att innehålla dessa tryck är cellerna omgivna av en vägg baserad på buntar av cellulosakedjor mellan fem och 50 millionths av en millimeter över kallad mikrofibriller.

De enskilda kedjorna är inte så starka, men när de bildas i mikrofibriller blir de lika starka som stål. Mikrofibrillerna är sedan inbäddade i en matris av andra sockerarter för att bilda en naturlig "smart polymer", en speciell substans som kan ändra dess egenskaper för att göra växten att växa.

Människor har alltid använt cellulosa som en naturlig polymer, till exempel i papper eller bomull, men forskare utvecklar nu sätt att frigöra enskilda mikrofibriller för att skapa ny teknik. På grund av sin styrka och ljushet kan denna "nanocellulos" ha ett stort antal applikationer. Dessa inkluderar lättare bildelar, livsmedelstillsatser med lågt kaloriinnehåll, ställningar för vävnadsteknik, och kanske till och med elektroniska enheter som kan vara så tunna som ett papper.

Kanske är de mest häpnadsväckande växtnanostrukturerna de lätta skördarna som tar upp ljusenergi för fotosyntes och överför den till de platser där den kan användas. Växter kan flytta denna energi med en otrolig 90% effektivitet.

Vi har nu bevis på att detta beror på att det exakta arrangemanget för komponenterna i lätta skördsystem gör det möjligt för dem att använda kvantfysik för att testa många olika sätt att flytta energin samtidigt och hitta den mest effektiva. Detta lägger vikt på idén om att kvanttekniken kan hjälpa till att ge effektivare solceller. Så när det gäller att utveckla ny nanoteknik är det värt att komma ihåg att plantor kan ha kommit dit först.

Om författaren

Stuart Thompson, universitetslektor i växtbiokemi, University of Westminster

Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen. Läs ursprungliga artikeln.

Relaterade böcker:

at InnerSelf Market och Amazon