FoodPro Preloader

Bionic Plants tilbyr Superpowered Photosynthesis


BIONISK PLANT : Denne Arabidopsis- planten med karbonnanorør inne i bladene har forsterket lysenergi. Planter gjør livet som vi vet det mulig. Alt begynner med de små organellene i plantens blad, kjent som kloroplaster. Disse kloroplaster-reduserte etterkommere av de første fotosyntetiserende stoffene, cyanobakterier, bruker innkommende sollys for å splitte vannmolekyler og deretter knytte sammen de energirike karbon- og hydrogenforbindelsene som finnes i alt fra mat til fossile brensler. Res

BIONISK PLANT : Denne Arabidopsis- planten med karbonnanorør inne i bladene har forsterket lysenergi.

Planter gjør livet som vi vet det mulig. Alt begynner med de små organellene i plantens blad, kjent som kloroplaster. Disse kloroplaster-reduserte etterkommere av de første fotosyntetiserende stoffene, cyanobakterier, bruker innkommende sollys for å splitte vannmolekyler og deretter knytte sammen de energirike karbon- og hydrogenforbindelsene som finnes i alt fra mat til fossile brensler. Resterende "avfall" er oksygenet som vi og resten av dyreriket er avhengige av for å overleve og trives.
Men kloroplaster er ikke veldig effektive. De absorberer ikke grønt lys (det er derfor de fleste planter ser grønt ut), så vel som solens varme, også kjent som infrarødt lys. De sliter generelt mye mer sollys enn de bruker; fotosyntese maksimerer ut på omtrent 10 prosent av det innkommende solskinnet. Så hvorfor ikke gi flora og kloroplaster i sine løvrike fotosyntetiske maskiner, et løft?
Det var akkurat det en gruppe kjemiske ingeniører og biokjemister forsøkte i en ny studie, som innebygde envegget karbonnanorør-mikroskopiske rør tynnere enn et menneskehår som også kan absorbere sollys og konvertere det til elektronstrømning i levende kloroplaster. Papiret er publisert i Nature Materials 16. mars. (er en del av Nature Publishing Group.)
"Planter har lenge gitt oss verdifulle produkter som mat, biodrivstoff, byggematerialer og oksygen som vi puster, " bemerker plantebiologen slått kjemisk ingeniør Juan Pablo Giraldo, en postdoktor i forskningslaboratoriet ved Massachusetts Institute of Teknologi som gjorde jobben. "Vi forutså dem som nye hybridbiomaterialer for solenergi, selvreparerende materialer [og] kjemiske detektorer av forurensende stoffer, plantevernmidler, [og] sopp- og bakterieinfeksjoner."
For det første fjernet forskerne kloroplaster fra noen spinatblader og satte det i en sukkerholdig løsning. Forskerne introduserte deretter karbonnanorørene, som innebygget i cellens fete vegger når de ble behandlet med DNA for å ta på seg en negativ ladning eller kitosan (et derivat av materialet omfattende insektseksoskeletoner) for en positiv ladning. Denne penetrasjonen skjer innen sekunder og krever ikke varme, katalysator eller noe annet, ifølge forskerne. Flyttet ser også ut til å være irreversibelt og komplett. Ingen nanorør forblir flytende utenfor kloroplastene i disse forsøkene.
Enda bedre, tricket fungerer også på kloroplaster i levende planter. Innfødte karbonnanorør fant kloroplaster i blader av en Arabidopsis thaliana, en liten blomstrende plante som ofte brukes i slike studier. Kanskje viktigere, det drepte ikke bladene eller planten over en periode på flere uker.
Denne oppdagelsen alene kan vise seg å være interessant hvis nanorørene kan brukes til å levere pakker med DNA for bestemte funksjoner i kloroplast. For eksempel brukte forskerne nanorørene til å bære nanosere partikler av ceria, en sammensetning som består av sardiummetall cerium og oksygen, inn i kloroplastene. Nanokirien så da til å bidra til å fjerne noe av oksygen skapt av prosessen med fotosyntese som ofte ender opp med å ødelegge mobilmaskinen.
Men karbonnanorørene virket også på en eller annen måte å gjøre fotosyntesen bedre, alt på egenhånd. Etter seks timer klor kloroplaster med karbonnanorør i dem med forbedrede fotosyntesehastigheter tre ganger høyere enn ubehandlede kloroplaster, inkludert økt transport av elektroner frigjort av solskinn med 49 prosent. "Vi har vist at karbon nanorør fremmer omdannelsen av lysenergi til elektronoverføring i kloroplaster, " forklarer Giraldo. Imidlertid er "det ukjent om de kan påvirke de siste produktene av fotosyntese", noe som betyr at virkningen på den ultimate produksjonen av plante mat sukker som glukose-rester er uklart.
Teknikken virket både i isolerte kloroplaster og de som fortsatt er i blader, selv om den nøyaktige mekanismen også er ukjent. Den mest sannsynlige forklaringen er at karbonnanorørene absorberer mer sollys og donerer elektroner til fotosyntetiske prosesser, ifølge Giraldo og resten av teamet, eller at nanorørene kan øke overføringen av elektroner innen fotosyntetiske prosesser. Men bevis vil kreve mer arbeid.
Nanorørene viste også at de kunne fungere som sensorer. Løvverk med nanorør fluorescerer under infrarødt lys, men slutter å sende ut lys i nærvær av nitrogenoksid, en blanding som er felles både for planter og forurensning. Slike "bioniske" planter kan brukes som "biokjemiske detektorer for overvåkning av miljøforholdene i byer, avlinger, flyplasser eller høye sikkerhetsanlegg", sier Giraldo, og bemerker at slike sensorer også kan være selvopprettende på måten plantene er.
Til slutt tyder forskningen på at grønnforbedring med karbonnanorør kan potensielt produsere mer fra sollys, luft og vann, selv om tilsetning av slike nanomaterialer vil være både mektig og ha ukjente langsiktige virkninger på vegetasjonen som helhet, så vel som på miljøet. Det kan vise seg lenge før dyre karbonnanorør finner et hjem i smuss for å bidra til å øke funksjonen til avlinger som tar dem opp gjennom sine røtter.
I mellomtiden kan en ide være å ta forskningen et skritt tilbake og se om karbonnanorør har lignende virkninger i roten til alle kloroplaster: cyanobakterier, ifølge Giraldo. Tross alt, hvis nanopartikler kan øke fotosyntesen i de enkle cellulære organismer, kan brensel, mat og andre produkter fra alger bli mer levedyktige.

Leserne svarer på februar 2017-utgavenKinas krig mot luftforurensning kan forårsake mer global oppvarmingHjerteslag: Musikk kan bidra til å holde kardiovaskulærsystemet i tuneHvordan Geckos får et grepFørste gangs rapporter fra olje- og gassindustrien avslører massive metanutslippVil den personlige jetpakken noensinne komme fra bakken?  [Lysbilde]Avian Silence: Uten fugler å disponere frø, er Guams skog forandretGaming the System: Videospillere hjelper forskere til å eliminere proteinfeltproblemet