Energy Report

Ucenicul vrăjitor al sec. XXI creează plante bionice supraîncărcate cu energie

Povestea lui Iron Man, în care un bărbat obține abilități spectaculoase prin inserarea de tehnologii în corpul său, este încă de domeniul SF. Dar primele plante „Iron Man” au fost deja realizate. O echipă de biologi și ingineri de la Massachusettes Institute of Tehnology (MIT) a creat plante bionice, care au fost upgradate cu o injecție de nanotehnologie.

Ideea are două aspecte: să mărească, pe de o parte, capacitatea de fotosinteză a plantei și să producă o nouă clasă de materiale, care cresc și se repară singure folosind puțin mai mult decât lumina solară. Dar rezultatele au fost primite cu un amestec de uimire și scepticism, în mare prin prisma mecanismelor care le susțin, care sunt amintesc de ucenicul vrăjitor, scrie New Scientist.

Echipa spune că a reușit să facă în așa fel încât nanomaterialele să intre adânc în celulele plantei, ajungând la micile cloroplaste (corpuscul de culoare verde, cu clorofilă, care se găsește în citoplasma plantelor și în care se produce asimilația clorofiliană – n.r.) care produc energia plantei. Aici, nanomateriale intensifică acest proces, permițându-i chiar să funcționeze în afara plantei.

Utilizările practice rămân încă departe de a fi implementate, dar printre acestea s-ar putea număra autoîncărcarea și autorepararea telefoanelor sau chiar a clădirilor, obținerea de copaci care ar avea și funcția de turnuri de telefonie mobilă și un nou tip de celulă de combustibil.

Intensificarea fotosintezei

„Viziunea este ca plantele să fie folosite drept platforme pentru tehnologie”, spune șeful de echipă Michael Strano, de la Massachusettes Institute of Tehnology (MIT).

În centrul experimentelor se află cloroplastele, micile cropuscule care se găsesc în celulele plantelor care realizează fotosinteza, utilizând energia din lumina solară pentru a face zahăr din dioxid de carbon și apă. „În final, vrem să facem un cloroplast care să poată sta pe un raft, să absoarbă lumina solară și să producă zahăr”, spune Strano.

Cloroplastele scoase din plante continuă să facă fotosinteză timp de aproape patru ore înainte ca elementele chimice reactive numite radicali liberi să le degradeze. Pentru a le extinde viața de pe raft, Strano și colegul său Juan Pablo Giraldo au folosit o substanță numită nanoceria, din familia lantanoidelor, moale, ductil și strălucitor. În diferite aliaje, este folosit la fabricarea pietrelor de brichetă, la confecționarea magneților și în metalurgie. Ideea este să se elimine radicalii liberi și să se introducă nanoparticule în cloroplaste fără a le deteriora.

Echipa a făcut o nanomașină de bază din nanotuburi de carbon și nanoceria. Nanotuburile pot fi introduse în frunze, dar nimeni nu a reușit niciodată să le introducă adânc în interiorul cloroplastelor. Giraldo a găsit un truc simplu, îmbrăcând particulele cu un element chimic încărcat cu energie, precum moleculele ADN. Încărcătura poate să lase particulele să fie absorbite prin învelișul gros al cloroplastelor și, odată ce sunt înăuntru, acestea nu mai pot ieși.

Păreri împărțite

Echipa a făcut acest experiment atât în plante Arabidopsis, cât și în cloroplase izolate de spanac.

Nanomașinile au mărit viața de raft a cloroplastelor izolate cu aproximativ două ore. Mai mult, au crescut numărul de electroni care se mișcă în interiorul cloroplastului, sugerând că pot intensifica fotosinteza.

„Este ceva minunat”, spune Andrew Adamatzky, de la University of the West of England, din Bristol, Marea Britanie. „Cercetarea dezvăluie noi moduri de a hibridiza echipamentele electronice și sistemele de operare ale creierului uman și să asambleze, în principiu, nanocircuite în interiorul celulelor vii”, a adăugat el.

„Aceasta este o demonstrație extraordinară despre cum poate nanotehnologia să fie cuplată cu biologia sintetică, pentru a modifica și a intensifica funcționarea organismelor vii”, a spus specialistul în biologie sintetică James Collins de la Boston University. „Autorii arată că nanoparticulele care se autoasamblează pot fi folosite pentru a crește capacitatea de fotosinteză a plantelor”, a adăugat el.

Alte persoane contactate de New Scientist erau sceptice, cerând detalii pentru a înțelege cum funcționează fotosinteza intensificată. „Trebuie să fie analizate mai multe aspecte pentru a justifica validitatea acestor studii”, a spus Marek Urban de la Clemson University din South Carolina. „Sunt multe afirmații majore în această lucrare, dar numai o parte din ele sunt justificate științific”, a adăugat el.

Nici cercetătorii nu înțeleg încă fenomenul

Cum funcționează această tehnică este încă un mister. Experimentele sugerează că intensificarea vine din nanotuburile de carbon, care sunt semiconductoare. „A expune semiconductori la lumină înseamnă a le modifica structura electronilor și este posibil ca semiconductorii excitați astfel să manevreze electronii către mecanismul de fotosinteză”, a spus Giraldo. Strano numește asta „supraîncărcare”.

Plantele sunt verzi pentru că reflectă lumina verde mai degrabă decât să absoarbă energie din ea. De asemenea, ele nu folosesc unele lungimi de undă infraroșii sau ultraviolete. Strano și Giraldo sugerează că plantele lor bionice ar putea valorifica o varietate mai mare de lungimi de undă, obținând astfel mai multă energie, datorită nanotuburilor. Dar Strano recunoaște că semnalul electronului intensificat pe care l-a observat este departe de a demonstra o fotosinteză mai intensă și că nu înțelege cum folosește planta nanoparticulele.

Grupul lui Strano lucrează la folosirea cloroplastelor în celulele de combustibil, ceea ce ar fi similar cu fermele de biocombustibil din alge, dar fără nevoia neconvenabilă de a ține plantele în viață. Aceste versiuni inițiale elimină glucoză și maltoză când sunt expuse la lumină. „Zahărul este un mod foarte dens de a stoca energia”, spune Strano. „Acesta stochează de aproximativ 20 de ori mai multă energie în același spațiu decât o baterie de litiu”, a completat el.

În plante, zaharurile furnizează energie și joacă același rol ca trunchiul pentru frunze și tulpini. Aceasta înseamnă că zaharurile pot fi folosite pentru a produce noi polimeri, a spus Giraldo.

Plantele bionice pot fi de asemenea folosite pentru a avertiza în legătură cu prezența unor elemente chimice nedorite. Deja echipa a folosit proprietățile fluorescente ale nanotuburilor pentru a face plantele Arabidopsis să lumineze în prezența unor substanțe precum oxidul nitric. Strano și Giraldo au în vedere plante care ar putea semnala prezența poluanților și a explozivilor.

S-ar putea chiar să fie posibil să se transforme plantele în aparate electronice vii, spune Strano. De exemplu, copacii ar putea fi transformați în turnuri de telefonie mobilă care să se integreze armonios în mediul natural și care să se poată autoregenera dacă sunt loviți de trăsnet. Sau, dacă nanocloroplastele pot fi incluse în materialele de construcții, ele ar putea permite structurilor să nu fie conectate la rețeaua de electricitate, generând propriul lor curent electric.