Rostlinné nanotechnologie: Jak fungují a k čemu slouží v přírodě

- Příroda autor: Jan Toman

Begonie jsou v našich podmínkách celkem běžnými okrasnými rostlinami. Už zběžný pohled na jejich kultivary ale napoví, že tato rostlinná skupina ráda experimentuje se svými listy. Nejúžasnější jsou v tomto ohledu tropické druhy begonií – například Begonia pavonina. I kdybychom neznali nic než její latinský název, který v překladu zní begonie paví, mohli bychom odtušit, že je vizuálně úchvatná.

Begonia pavonina

Begonia pavonina,zdroj: ken/Flicker.com

Její neonově modré listy o sobě vskutku dávají na dlouhé metry vědět v hlubokém lesním podrostu. Pavím perům se navíc blíží i v dalším ohledu. Jsou totiž, stejně jako ona, iridescentní – jejich lesk a vnímaná barva se liší podle úhlu pohledu konkrétního pozorovatele.

K čemu ale rostlinám podobný "výstřelek" slouží? Snaží se tak rostlina přilákat opylovače? Dává najevo svou nepoživatelnost, nebo do svých pletiv jen ukládá odpadní látky?

Nejnovější výzkum ukázal, že skutečný účel modrých listů tropických begonií je ještě neobvyklejší. Speciálně uspořádané nanostruktury v jejich buňkách, které se právě modrou iridescencí navenek projevují, umožňují begoniím provádět hned několik triků, pomocí kterých v pralesním podrostu koncentrují světelnou energii.

S tímto objevem nedávno přišel tým britských biologů a inženýrů. Optické jevy, které begonie ve svůj prospěch využívají, jsou totiž identické s těmi, které se lidští technici snaží zužitkovat při vytváření moderních solárních článků.

Výzkumníci nejprve pod elektronovým mikroskopem prozkoumali vnitřní stavbu buněk kříženců Begonia grandis a Begonia pavonina. Ty využili hlavně proto, že se na rozdíl od Begonia pavonina snadněji pěstují, ale pořád vykazují jasně modrou iridescenci. Všichni tak nějak tušili, že za optickými zvláštnostmi listů stojí zvláštně pozměněné chloroplasty zvané idirofory.

Pralesní optické vychytávky

Klasické chloroplasty jsou buněčné orgány zodpovědné zejména za obstarávání fotosyntézy v normálních listových buňkách. Iridoplasty oproti nim pod drobnohledem vykázaly přísně pravidelnou stavbu selektivně odrážející modré světlo. Řečeno technickým slovníkem, jedná se o fotonické krystaly, které odrážejí světlo jen v úzkém rozmezí vlnových délek.

Sofistikované optické analýzy dále ukázaly, že iridoplasty světlo nejen odrážejí, ale také pozměňují. Záření o něco kratších vlnových délek, než je to blokované, v nich podléhá zvláštnímu fotonickému jevu. Je "zpomaleno" a pozměněné chloroplasty jej mohou účinněji využít. Redukce modrého světla na úkor zeleného a červeného přitom vůbec není na škodu – rostlina ho beztak neumí účinně využít a jeho omezení navíc chrání pletiva před poškozením.

Begonia pavonina

Begonia pavonina,zdroj:Magalie L'Abbé/Flicker.com

Množství záření, které dopadá v tropickém deštném lese na zem, je v porovnání s korunami stromů mnohonásobně nižší. Adaptace begonií, které podle modelů za těchto podmínek zvyšují účinnost fotosyntézy o pět až deset procent, tak představují velkou výhodu. Zvlášť když vezmeme v potaz intenzivní soupeření mezi místními rostlinami. Iridoplasty jsou sice za podmínek normálního osvětlení oproti klasickým chloroplastům v nevýhodě, s ním se ale pralesní byliny téměř nikdy nesetkávají.

Aby toho nebylo málo, výzkumníci odhalili, že podobné adaptace jako modrolisté begonie má i řada dalších stínomilných rostlin. Optické "vychytávky", které rostliny využívají k zefektivnění fotosyntézy a ochraně před nežádoucím zářením, tak mohou být daleko častější a sofistikovanější, než se kdo odvážil předpokládat. A mohou nám lehce pomoci jako inspirace i v inženýrské praxi.

Zdroj: Jacobs M, Lopez-Garcia M, Phrathep OP, Lawson T, Oulton R & Whitney HM (2016): Photonic multilayer structure of Begonia chloroplasts enhances photosynthetic efficiency. Nature Plants, 2.

Tagy: rostliny zvířata a příroda věda a poznání

Zdroje: Vlastní