Blommor har en hemlig signal som är speciellt skräddarsydd för bin så att de vet var de ska samla nektar. Och ny forskning har precis gett oss en större insikt i hur denna signal fungerar. Nanoskaliga mönster på kronbladen reflekterar ljus på ett sätt som effektivt skapar en "blå gloria" runt blomman som hjälper till att locka till sig bina och uppmuntrar till pollinering.

Detta fascinerande fenomen borde inte komma som en alltför stor 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 själva till att generera energi. Och, vad mer, genom att studera dessa system kanske vi kan använda dem i vår egen teknik.

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

De skiftande regnbågsfärgerna du kan se på en CD är ett exempel på iris. Det orsakas av interaktioner mellan ljusvågor som studsar mot de tätt placerade mikroskopiska fördjupningarna i dess yta, vilket innebär att vissa färger blir mer intensiva på bekostnad av andra. När din betraktningsvinkel ändras, de förstärkta färgerna ändras för att ge det skimrande, morphing färgeffekt som du ser.

Många blommor använder skåror mellan en och två tusendels millimeter i vaxbeläggningen på sin yta för att producera iriserande på liknande sätt. Men forskare som undersöker hur vissa blommor använder regnskimrande för att locka bin att pollinera har märkt något konstigt. Spårens avstånd och inriktning var inte riktigt så perfekt som förväntat. Och de var inte helt perfekta på väldigt liknande sätt i alla typer av blommor som de tittade på.

Dessa ofullkomligheter innebar att istället för att ge en regnbåge som en CD gör, mönstren fungerade mycket bättre för blått och ultraviolett ljus än andra färger, skapa vad forskarna kallade en "blå gloria". Det fanns goda skäl att misstänka att detta inte var en slump.

Binas färguppfattning förskjuts mot den blå änden av spektrumet jämfört med vår. Frågan var om bristerna i vaxmönstren var "utformade" för att generera den intensiva bluesen, fioler och ultrafioler som bin ser starkast. Människor kan ibland se dessa mönster men de är vanligtvis osynliga för oss mot röda eller gula pigmenterade bakgrunder som ser mycket mörkare ut för bin.

Forskarna testade detta genom att träna bin att associera socker med två typer av konstgjorda blommor. En hade kronblad gjorda med hjälp av perfekt inriktade galler som gav normal iris. Den andra hade felaktiga arrangemang som replikerade de blå gloriorna från olika riktiga blommor.

De fann att även om bina lärde sig att associera de iriserande falska blommorna med socker, de lärde sig bättre och snabbare med de blå glororna. Fascinerande nog, det verkar som om många olika typer av blommande växter kan ha utvecklat denna struktur separat, var och en använder nanostrukturer som ger något avvikande iriserande för att stärka sina signaler till bin.

Lotuseffekten

Växter har utvecklat många sätt att använda den här typen av strukturer, effektivt gör dem till naturens första nanoteknologer. Till exempel, vaxerna som skyddar kronbladen och bladen på alla växter stöter bort vatten, en egenskap som kallas "hydrofobicitet". Men i vissa växter, som lotusblomma, denna egenskap förstärks av formen på vaxbeläggningen på ett sätt som effektivt gör den självrengörande.

Vaxet är arrangerat i en uppsättning konliknande strukturer på cirka fem tusendels millimeter i höjd. Dessa är i sin tur belagda med fraktala mönster av vax i ännu mindre skalor. När vatten landar på denna yta, det kan inte fästa vid det alls och så det bildar sfäriska droppar som rullar över bladet och plockar upp smuts längs vägen tills de faller av kanten. Detta kallas "superhydrofobicitet" eller "lotuseffekten".

Smarta växter

Inuti växter finns en annan typ av nanostruktur. När växter tar upp vatten från sina rötter till sina celler, trycket byggs inuti cellerna tills det är som att vara mellan 50 meter och 100 meter under havet. För att hålla tillbaka dessa tryck, cellerna omges av en vägg baserad på buntar av cellulosakedjor mellan fem och 50 miljondelar av en millimeter tvärsöver kallade mikrofibriller.

De enskilda kedjorna är inte så starka men när de väl formas till mikrofibriller blir de starka som stål. Mikrofibrillerna bäddas sedan in i en matris av andra sockerarter för att bilda en naturlig "smart polymer", en speciell substans som kan ändra dess egenskaper för att få 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 individuella mikrofibriller för att skapa ny teknik. På grund av dess styrka och lätthet, denna "nanocellulosa" kan ha ett stort antal applikationer. Dessa inkluderar lättare bildelar, mattillsatser med lågt kaloriinnehåll, ställningar för vävnadsteknik, och kanske till och med elektroniska enheter som kan vara så tunna som ett pappersark.

Kanske de mest häpnadsväckande växtnanostrukturerna är ljusskördesystemen som fångar ljusenergi för fotosyntesen och överför den till de platser där den kan användas. Växter kan flytta denna energi med en otrolig effektivitet på 90 %.

Vi har nu bevis för att detta beror på att det exakta arrangemanget av komponenterna i ljusskördesystemen tillåter dem att använda kvantfysik för att testa många olika sätt att flytta energin samtidigt och hitta det mest effektiva. Detta ger tyngd åt tanken att kvantteknik kan bidra till att ge effektivare solceller. Så när det gäller att utveckla ny nanoteknik, det är värt att komma ihåg att växter kan ha kommit dit först.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.