Atklājumi.lv

Amerikāņu zinātnieki izveido pasaulē pirmos bioniskos augus

ASV zinātnieki no Masačūsetas Tehnoloģiju institūta izveidojuši pasaulē pirmos "bioniskos" (1) augus, kuros, salīdzinot ar to neuzlabotiem līdziniekiem, fotosintēzes procesam nepieciešamās gaismas absorbcija palielinājusies par 30%.

Uzlabojumi panākti, augu lapās ievadot oglekļa nanocaurulītes. Katrā no hloroplastiem, šūnu zaļajiem reaktoriem, kuros Saules gaisma tiek pārvērsta ķīmiskajā enerģijā, nonāca tūkstošiem šīs viena atoma biezuma mikroadatas. Tomēr tās, kā varētu sagaidīt, nenodarīja augiem nekādu kaitējumu, bet, tieši otrādi, piešķīra būtiskas priekšrocības. Raksts par MIT bioinženieru paveikto publicēts izdevuma "Nature Materials" 16.marta numurā.

"Mēs varējām izmantot jebkuras formas nanodaļiņu," teica pētnieku komandas dalībnieks, ķīmijas inženieris Maikls Streno. "Taču mēs izvēlējāmies tieši nanocaurulītes, jo tām ir interesantas īpašības. Tās absorbē gaismu un, izmainot izmantoto nanocaurulīšu diametru, iespējams izmainīt Saules izstarotā elektromagnētiskā spektra daļas, kas tiks absorbētas."

Eksperimenta sekmes noteica tas, ka zinātnieki spēja panākt, lai nanocaurulītes caur auga lapu porām nonāk līdz hloroplastiem, nenodarot organismam nekādus bojājumus. Pētnieki stāsta, ka tas izdevies nejauša atklājuma rezultātā, kad noskaidrojies, ka pārklājot nanodaļiņas ar DNS kārtiņu, augs tās ne tikai neuzlūko par svešķermeni, bet arī ļauj tām iziet cauri trauslajām hloroplastu membrānām, tās nesabojājot.

Pagaidām pētnieki gan daudz neko nevar pateikt par bionisko augu īpašībām. Lai gan viņi ir pārliecināti, ka tie absorbē vairāk gaismas, zinātnieki vēl nezin kā šī papildu enerģija tiek, ja vispār tiek saglabāta. "Tur varētu tikt izmantoti dažādi mehānismi," Streno skaidro. "Nanocaurulītes var vai nu tieši izdalīt elektronus vai arī ierosināt procesus, ko varētu dēvēt par rezonanses enerģijas pārvadu, kad tiek radītas par eksitoniem sauktas enerģētiskas daļiņas," viņš stāsta. "Tomēr mēs īsti nezinam, kas tur notiek un es negribu iegrimt spekulācijās," zinātnieks rezumē.

Pašreiz pieejamie dati neliecina, ka nanocaurulītes ietekmētu auga veselību vai dzīvildzi, taču aplūkojamā pētījumā neiesaistītais Džordžijas universitātes zinānieks Ramaradža Ramazamijs, kurš pēta nanomateriālu ietekmi uz bioloģiskām sistēmām, norāda, ka pilnīgai pārliecībai būtu nepieciešami ilgtermiņa pētījumi. "Kad šūnā nonāk svešķermeņi, bioloģiskās sistēmas uz tiek reaģē visai krasi," viņš norāda.

Pētnieki norāda, ka neskatoties uz to, ka oglekļa nanocaurulītes un citi līdzīgi materiāli ir pieejami jau apmēram 20 gadus, šāda veida eksperimentus vēl neviens nebija mēģinājis veikt. Kā iemeslu viņi norāda nošķirtību, kas zinātnisko publikāciju un pētniecības virzienu ziņā pastāv starp materiālu zinātni un augu bioloģiju. Tādēļ uz jautājumu, kā viņu pētījums atbalsosies plašākā pētnieku sabiedrībā, Strano atbildēja, ka tas patiešām ir jautājums vietā, jo "patiesībā šādas nozares nepastāv".

Runājot par bionisko augu iespējamajiem praktiskajiem pielietojumiem, Strano ir optimistisks. Viņš, izmantojot nanocaurulītes, jau ir izveidojis augu, kas, reaģējot uz gaisā esošajām ķīmiskajām vielām, darbojas kā ķimikāliju detektors. Savienojoties ar noteiktām vielām, nanocaurulītes izdala enerģiju un to var ieraudzīt, skatoties ar infrasarkano kameru. Pētnieks stāsta, ka būtu iespējams izstrādāt tādas augu modifikācijas, kas atbilstoši reaģētu, saskaroties ar indīgām gāzēm vai sprāgstvielām.

Arī no izmaksu aspekta šī tehnoloģija ir ļoti pieejama. Huans Pablo Džeraldo, komandas augu biologs pastāsta, ka, iekļaujot DNS pārklājuma izmaksas, viens litrs nanodaļiņu šķīduma, ko viņš izmantoja savu augu uzlabošanai, rēķinot tikai izejmateriālus, izmaksājis apmēram 10 ASV dolārus. Tā kā vienai lapai pētnieks injicēja tikai apmēram 100 mikrolitrus, tad uz atsevišķu augu izmaksas nepārsniedza 10 centus.

Ramazamijs, lai gan uzskata MIT pētnieku paveikto par lielu sasniegumu, tomēr ir skeptisks par tā praktisko pielietojumu. "Es nevaru iedomāties, ka šī tehnoloģija gūs kādu pielietojumu tuvāko 5 līdz 10 gadu laikā," viņš saka. "Turklāt, kas attiecas uz ķīmiskajiem detektoriem, jautājumus, ko jāuzdod ir tāds - vai augi šajā ziņā būs ar kaut ko labāki par šobrīd pieejamajām mehāniskajām ierīcēm?"

Strano un Džeraldo atzīst, ka vēl daudz kas jāizdara un viņi atrodas tikai pusceļā, lai radītu patiešām efektīvākus augus. Gaismas absorbcija ir tikai daļa no fotosintēzes procesa, Džeraldo skaidro. Nanomateriālu pielietošana, lai palielinātu ātrumu, ar ko augs uzglabā ģenerēto enerģiju ir atsevišķs projekts.

"Neorganiskās un organiskās matērijas apvienošana, kombinējot dažādu nanomateriālu atšķirīgās īpašības un milzīgo augu dažādību, mums dod neskaitāmas iespējas un paver visdažādākās perspektīvas." "Kas zina, ko mēs atklāsim," Džeraldo domā.

Attēls: Infrasarkanajam tuvējā spektrā redzamā enerģijas izdalīšanās no lapā implantētajām oglekļa nanocaurulītēm (oranžā krāsā). MIT publicitātes foto.

Piezīmes:

(1) Terminu "bionisks" (bionic) 1958.g. izveidoja J.E.Steele. Tas veidots no sengrieķu "βίος", kas nozīmē "dzīvības vienība" un sufiksa -ic, kas norāda uz līdzību kaut kam. Tādad - "dzīvībai līdzīgais". Ar bioniku apzīmē tehnoloģijas, kuras apvieno bioloģiskus organismus ar inženiertehnoloģijām un (vai) elektroniku.

Avots:

nature.com