Внутри растений вырастили электрические цепи

Растения питают жизнь на Земле. Они представляют собой изначальный источник пищи, снабжая энергией почти все живые организмы, и лежат в основе ископаемых видов топлива, которые питают энергетические потребности современного мира. Но сжигание давно умерших лесов меняет мир опасным образом. Можем ли мы как-нибудь получше использовать силу живых растений?


Например, можно было бы превратить растения в природные солнечные электростанции, которые могут преобразовывать солнечный свет в энергию эффективней, чем мы. Для этого нам нужно найти способ извлекать из них энергию в форме электричества. Одна компания нашла способ собирать урожай электронов, депонируемых растениями в почву под ними. А новое исследование из Финляндии рассматривает возможность прямого забора энергии из растений за счет превращения их внутренних структур в электрические цепи.

Растения содержат трубки, заполненные водой, которые называются «элементами ксилемы», они переносят воду от корней к листьям. Вместе с потоком воды также переносятся и распространяются растворенные питательные вещества и другие вещи вроде химических сигналов. Финские исследователи, работа которых была опубликована в PNAS, разработали химическое вещество, которое скормили розе, способное переносить и хранить электричество.

В ходе предыдущих экспериментов использовали химическое вещество под названием PEDOT, образующее проводящие провода в ксилеме, но не проникающее дальше в растение. Для нового исследования была разработана молекула ETE-S, формирующая аналогичные электрические проводники, но которые также можно проводить везде, где протекает поток воды через ксилему.

Этот поток движется за счет притяжения между молекулами воды. Когда вода в листе испаряется, она тянет за собой цепочку молекул, вытягивая воду вверх от корней через все растение. Можно увидеть это своими глазами, если поместить в растение пищевой краситель и наблюдать за тем, как цвет движется вверх по ксилеме. Метод исследователей был так похож на эксперимент с пищевым красителем, что они могли видеть, куда в растении проник электрический проводник, по его окраске.

Результатом стала сложная электронная сеть, пронизывающая листья и лепестки, окружающая их клетки и повторяющая их структуру. Образовавшиеся провода проводили электричество в сто раз лучше, чем провода из PEDOT, и могли хранить электроэнергию так же, как это делает электронный компонент под названием конденсатор.

Электрастения?

То, как хорошо сформировались электрические сети, удивило даже экспериментаторов. Возможно, это благодаря тому, что когда розы обрабатывали ETE-S, они производили те же самые химические вещества, которыми они убивают вторгающихся микроорганизмов. Эти химические вещества привели к тому, что образованный твердый электрический проводник работал куда лучше внутри растения, чем когда его испытывали в лаборатории.

Остаются проблемы, которые необходимо решить, прежде чем это открытие сможет продемонстрировать свой потенциал на полную. Что важно, нужно найти способ помещать ETE-S (или другое, улучшенное вещество) в нетронутые, живые растения. Однако создание электрического растения, то есть растения с интегрированной электрической цепью, теперь кажется вполне возможным.

Каким образом их можно было бы использовать? Самая захватывающая возможность — если бы мы могли объединить электрический накопитель и схемы с возможностью напрямую использовать энергию фотосинтеза и создали таким образом буквальный зеленый источник энергии. Но чтобы такая технология появилась, нам придется лучше понять обычные растения. У них нет нервной системы, как у растений, но они используют электрические сигналы для управления отдельными клетками и передачи сигналов между разными частями растения. Например, венерина мухоловка активирует ловушку при помощи электрического сигнала.

Создание электрических цепей в растении позволит нам с легкостью улавливать эти сообщения. Возможно, когда мы лучше узнаем их «язык», мы научимся посылать растению инструкции. Например, чтобы активировать защитную систему растения, если оно будет под угрозой болезни.

Или мы могли бы создать электронные растения, которые работают подобно машинам. Если урожай мог бы рассказать нам, что ему не хватает воды или удобрений или что его атакуют насекомые, мы могли бы направить необходимые ему ресурсы и повысить эффективность сбора урожая. Возможно, однажды при помощи этой технологии можно будет заставить розы пахнуть подснежниками. Потому что мы можем.