När växter drar vatten från sina rötter för att ge näring till sina stjälkar och blad, producerar de en elektrisk potential som kan utnyttjas som en förnybar energikälla. Men som alla levande varelser är växter föremål för en dygnsrytm - den biologiska klockan som går genom dag- och nattcykler och påverkar biologiska processer. Hos växter inkluderar denna dagliga cykel att fånga ljusenergi för fotosyntes och absorbera vatten och näringsämnen från jorden under dagen och bromsa dess tillväxtprocesser på natten.

I en studie publicerad denna vecka i Physics of Fluids , forskare från Indian Institute of Technology Kharagpur detaljerade hur biologiska processer producerar spänning i växter och inverkan av de cykliska dag- och nattändringarna på denna spänning.

"Denna strömningspotential, huvudsakligen en konsekvens av den naturliga energin som samlas in i anläggningen, erbjuder en förnybar energikälla som är kontinuerlig och kan vara hållbar under långa perioder," sa författaren Suman Chakraborty. "Frågan vi ville svara på var hur mycket potential den kan producera och hur påverkas elektrisk potential av växtens biologiska klocka?"

För att ta reda på det satte författarna in elektroder i vattenhyacinterstammarna och fäste reservoarer med elektroder till bitar av lycklig bambu för att noggrant undersöka hur den elektriska potentialen förändras beroende på typer av joner, jonkoncentration och pH i vätskan som strömmar genom växterna .

"Vårt eureka-ögonblick var när våra första experiment visade att det är möjligt att producera elektricitet i en cyklisk rytm och den exakta kopplingen mellan detta och växtens inneboende dagliga rytm," sa Chakraborty. "Vi kunde exakt peka ut hur detta är relaterat till vattentranspiration och de joner som växten bär via uppstigningen av sav."

Studien kvantifierade spänningssvaret som härrör från rörelsen av joner genom växtens vägar som är unikt i linje med växtens dagliga rytmer. Författarna upptäckte att växter aktivt kan dämpa flödet av vätska eller sav i synk med dag- och nattcyklerna. De fann också att den elektriska strömningspotentialen ökar med minskad koncentration av joner eller ökat pH i vätskan.

"Vi återupptäckte inte bara anläggningens elektriska rytm, artikulerade den i termer av spänningar och strömmar, utan vi gav också insikt om att potentiellt utnyttja elektrisk effekt från anläggningar på ett hållbart sätt utan miljöpåverkan och utan störningar i ekosystemet," sa Chakraborty .

"Fynden kan hjälpa till att utveckla biomimetiska, naturinspirerade system som kan hantera den globala energikrisen med en miljövänlig, hållbar lösning där plantering av ett träd inte bara lindrar kriserna med klimatförändringar och sjunkande miljökvalitet, utan också ger ett sätt att utnyttja elektricitet från den."