Революция растений - Стефано Манкузо

Это явление легко воспроизводится в лаборатории (это можно сделать даже дома, достаточно погрузить шишку с раскрытыми чешуйками в воду), что позволило провести тщательные исследования, вдохновившие ученых на создание принципиально новых материалов с похожими свойствами. Представьте себе, какие возможности открываются перед материалом, способным изменяться в зависимости от влажности окружающей среды? В 2013 году профессор Мингминг Ма и его коллеги из МТИ создали полимерную пленку, способную впитывать воду из атмосферы, быстро расширяться и сжиматься, создавая движение. Эта ткань может развивать давление в 27 мегапаскалей и поднимать предметы в 380 раз тяжелее собственного веса. Кроме того, подключение к пленке пьезоэлектрического элемента позволило ученым создать электрическое напряжение с пиковым значением в 1 вольт; именно такое напряжение необходимо для питания микро- и наноэлектронных устройств. И все это только за счет изменения влажности.

Перед нами открываются удивительные возможности, позволяющие создать самые удивительные механизмы. К примеру, мы в настоящее время ищем возможность использовать это явление для питания датчиков, мониторящих электрическую активность деревьев. Но это не единственный способ использования полученных знаний. Системы подобного типа (которые, как вы можете заметить, имеют совсем крошечные размеры), вшитые в одежду, или в любые используемые нами в быту ткани, могут сделать их источниками энергии или чем-то вроде датчиков. Можно вообразить, как одежда, соприкасаясь с нашим телом, выдает нам клинические данные о состоянии организма или уровне стресса; занавески подают сигналы об атмосфере в комнате, или других параметрах нашего жилища. Совсем скоро все это вполне может стать реальностью, и значительная часть новых технологий или материалов будет основана на особенностях жизни растений.

Возможности пассивного движения растений на этом не заканчиваются. Можно упомянуть еще один способ двигаться, используемый растениями (с помощью длинных и тонких усиков, которые есть у многих трав), и в основе которого тоже лежит изменение влажности. Некоторые виды овса, такие как Овес бесплодный, Овес пустой и Овес бородатый, растущие в сельской местности или вдоль дорог, скручивают и раскручивают длинные усики в зависимости от влажности.

Род Avena (Овес) включает в себя множество видов, произрастающих в Европе, Африке и Азии. Многие из них используются в сельском хозяйстве уже тысячи лет, и служат пищей для людей и животных.

Долгое время подобные принципы использовались для создания точных гигрометров[11]. Кстати, вы можете достаточно просто сделать свой собственный гигрометр, и увидите, как увеличение влажности воздуха способно спровоцировать движение. Как же его сделать? Вот несколько практических советов. Возьмите центральную часть усика овса, закрученную в спираль, и закрепите один из его концов в центре диска, на который нанесена шкала в угловых градусах. На другой конец прикрепите щепку или какой-нибудь другой указатель из твердого и легкого материала. Закройте самодельный прибор стеклом – вы стали обладателем точного природного гигрометра, единственный минус которого – недолговечность. Сохранность усика имеет ограничения, и его надо время от времени заменять.

Среди всех возможных пассивных движений, которые можно обнаружить у растений – а среди них есть весьма странные – ни одно, на мой взгляд, не может соперничать по степени оригинальности с движениями семян Аистника обыкновенного, которые разлетаются в момент отделения от материнского растения, и умудряются зацепиться за шкуру проходящего мимо животного, прыгают на землю и скачут, пока не найдут подходящую ямку в земле, чтобы там закрепиться. Такую последовательность действий трудно реализовать даже для существ, обладающих запасом собственной энергии и невозможно вообразить для неживых тканей.

Аистник обыкновенный – член семейства гераниевых (Geraniaceae) и родственник распространенного цветка, живущего на балконах. Он произрастает во многих регионах мира. Своим именем он обязан тому, что его плоды формой напоминают клюв аиста, а листья – листья цикуты. Кстати, и другие представители этого семейства имеют названия, намекающие на сходство с птичьим клювом. Само слово «герань» происходит от греческого géranos (журавль), а название одного из родов, относящихся к этому семейству, «пеларгония» – от греческого pelargòs, то есть аист.

Аистник цикутовый (семейство гераниевых) – травянистое однолетнее или двухлетнее растение родом из Средиземноморского бассейна.

Но вернемся к нашему аистнику: это однолетнее травянистое растение, довольно широко распространенное, цветет лиловыми цветами с пятью лепестками. Самое удивительное в нем – семена. Каждое семечко состоит из собственно семечка, длинного и заостренного, как конец гарпуна, и длинного усика, закрученного спиралью и покрытого волосками. Каждая из этих частей, как можно убедиться, имеет особую функцию в удивительной цепи передвижений семян.

Мой интерес к аистнику возник совсем недавно, после того как одна из сотрудниц моей лаборатории, Камилла Пандольфи, отправилась на пару лет работать в особый отдел Европейского космического агентства. Этот отдел, очаровательно и многообещающе названный Ariadna – Advanced concepts team (Команда передовых концепций «Ариадна»), должен был осуществлять связь между ЕКА и европейским академическим сообществом в области исследований передовых космических технологий. Команда действительно достигла впечатляющих успехов, поэтому когда Камилла пришла ко мне с известием о том, что ей предложили стажироваться в этом центре, возражений у меня не было – она должна была поехать. Два года в таком исследовательском коллективе со столь многообещающим именем должны были стать великолепным опытом. С другой стороны, наша лаборатория уже несколько лет проводила исследования, как влияет на растения невесомость и поэтому сотрудничала с многочисленными космическими агентствами. Камилла должна была почувствовать себя в своей среде.

Когда она наконец переехала в главный исследовательский центр ЕКА в Амстердаме, выяснилось, что задача Камиллы еще интереснее, чем нам представлялось. Ее ждала работа с материалами, созданными непосредственно на основе принципов растительного мира и предназначенными для разработки новых космических технологий. Завораживающая задача, однако на первый взгляд совершенно нереализуемая. Чем растения могут помочь в изучении космических пространств? Казалось бы, ничем. Тем не менее растения оказались весьма изобретательными. Камилла набросала целый список тем, разработка которых могла бы привести к появлению инновационных технологий, и среди них были две, показавшиеся нам весьма интересными: изучение усиков растений в качестве основы для создания транспортных механизмов и применение принципов распространения семян аистника для создания зондов, использующих минимум энергии и способных проникнуть под поверхность иных планет.