Однако другие исследователи не изучали, как форма и расположение клеток могут повлиять на их способность фотосинтезировать световую энергию, утверждают Гвидетти и Оменетто в своей статье, опубликованной в журнале Современные оптические материалы.
Если очень внимательно посмотреть на Макодес петола По словам Гуидетти, заместителя директора Silklab, в ходе исследования драгоценных орхидей они обнаружили, что поверхностные клетки не плоские и не конусообразные, как у многих растений, а скорее куполообразные.
«Мы считаем, что это работает следующим образом: свет поступает сверху, и вместо того, чтобы фокусироваться внутри листа, где находятся хлоропласты, наличие куполов, по сути, позволяет свету распространяться по поверхности листа, позволяя также не освещаемым напрямую клеткам осуществлять фотосинтез, что приводит к общей более высокой эффективности фотопреобразования», — говорит она.
Копирование природных образцов
После картирования типов поверхностных клеток, их связей и их изменчивости, исследователи решили скопировать это. Они нанесли тонкий слой силиконового полимера на поверхность листьев, образовав негативную копию поверхности листьев. Затем они вылили на нее прозрачную смесь шелкового белка, создав точную копию микроскопической формы клеточных узоров на листьях.
Шелк, производимый шелкопрядами, а затем перерабатываемый в раствор на водной основе, использовался Оменетто и другими исследователями Silklab для изготовления широкого спектра продукции: от рассасывающаяся электроника к биосовместимые датчикиПо словам Оменетто, шелк также доступен в больших масштабах: на шелководческих фермах ежегодно производится около полумиллиона тонн.
Исследователи пишут, что версия листа на основе шелка «точно воспроизводит» круглую форму растительных клеток вместе с их шестиугольным расположением и «перекрестной связью, наблюдаемой между соседними клетками при освещении видимым светом, аналогичной той, которая наблюдается в листьях растений».
Гвидетти и Оменетто добавили краситель к шелковому материалу, используемому в репликах листьев растений, что позволило им отслеживать свет, перемещающийся от клетки к клетке. Биоматериал также имитирует изгибы и гибкость листьев, что снова обеспечивает больший доступ к свету и возможность распределять свет по листу.
«Такие живые оптические сети на основе растений могут послужить источником вдохновения для разработки функциональных материалов, которые эффективно собирают, манипулируют и обрабатывают свет с использованием мягких, конформных и устойчивых форматов материалов, что предварительно было продемонстрировано путем копирования живой структуры листа», — пишут Гвидетти и Оменетто.
Это «первая демонстрация оптических сетей в живой системе, поскольку, насколько нам известно, ничего подобного ранее не наблюдалось ни в одном растении или организме человека — система, способная управлять светом посредством упорядоченной совокупности линз и клеток», — добавляет Оменетто.
В настоящее время исследователи изучают другие растения семейства драгоценных орхидей, сравнивая формы клеток растений с теми, которые существуют в условиях средней и высокой освещенности, и изготавливая копии структуры листьев, ища растения, которые могли бы улавливать свет еще более эффективно. Они также планируют провести эксперимент, чтобы выяснить, может ли изменение условий освещения, в которых находятся драгоценные орхидеи, изменить работу сети распределения света.
О Фонде У. М. Кека
Фонд W. M. Keck был основан в 1954 году в Лос-Анджелесе Уильямом Майроном Кеком, основателем Superior Oil Company. Фонд W. M. Keck Foundation, одна из крупнейших в стране благотворительных организаций, поддерживает выдающиеся научные, инженерные и медицинские исследования. Фонд также поддерживает высшее образование и реализует программу в Южной Калифорнии по поддержке проектов в области искусства и культуры, образования, здравоохранения и общественных услуг.
