Представьте себе растение, которое светилось бы как фонарик, позволяя читать в темноте, не тратя ни копейки на электричество. Эти растения можно выращивать всюду для того, чтобы обеспечить мягкое ночное освещение без громоздких фонарей и проводов. Эта прекрасная фантазия может стать реальностью уже в ближайшем будущем: группа исследователей из MIT хочет воплотить ее в жизнь . Но как можно заставить растение светиться?
Биологическое свечение (биолюминесценция) часто встречается в дикой природе. Ученым из Массачусетского технологического института удалось заставить некоторые растения светиться с помощью фермента светлячков, называемого люциферазой. У насекомых она связывается с другим химическим веществом, люциферином, что и вызывает реакцию, излучающую свет. Исследователи выяснили, как имплантировать оба этих компонента в листья растений, что и в самом деле заставило последних испускать тусклое свечение.
Исследователи полагают, что они смогут улучшить эту реакцию до такой степени, что растения будут в состоянии освещать целые комнаты. Они считают, что со временем светящиеся деревья смогут заменить уличные фонари, что позволит сэкономить электроэнергию и деньги. Это не первый подобный проект: несколько лет назад стартап од названием Glowing Plants запустил кампанию на Kickstarter, чтобы создать растения, которые могли бы светиться в темноте, используя ту же реакцию люциферазы. Спустя 4 года и $500 000 собранных долларов ученые выяснили, что на самом деле вывести светящиеся растения намного сложнее, чем это казалось в теории, а потому проект закрылся. Хотя исследователям и удалось заставить растения испускать свет, он был слишком слабым, чтобы его можно было использовать для практических целей.
В MIT методика совершенно иная. Если команда Glowing Plants опиралась на генетические модификации, то в данном случае ученые хотят просто интегрировать светоносные белки прямо в растения. Согласно их прогнозам, в ближайшее время они смогут увеличить яркость растений и улучшить текущий метод имплантации белков. Сейчас белки попадают в листву после замачивания в растворе, полном наночастиц, под высоким давлением, а также в напылении и специальном окрашивании.
Конечно, в настоящее время светящиеся растения не смогли бы составить конкуренцию огромному рынку технологий освещения. Однако в будущем, если проект удастся и у него получится выйти на рынок, многие любители экологически чистых технологий (и просто те, кто не любит платить за свет) смогут оценить светильники-растения по достоинству.
Кембриджские разработчики биолюминесценции, свои первые заметные результаты, перспективы создания светящихся растений, получили в 2010 году, хотя разработкой начали заниматься значительно ранее.
Разработчики-экспериментаторы генной инженерии сумели внедрить модифицированный генный материал, добытый из известных всем светлячков,
в бактерии и выделить отдельные компоненты, которые теоретически можно внедрить в любой геном.
Стандартная винная бутылка, заполненная светящимися бактериями, давала приличное количество света, что можно было читать газету. Исследователи сообщили, что они видят перспективу создания светящихся растений, хотя пока еще есть некоторые проблемы, над преодолением которых ведутся работы.
Коллектив проекта считает, что сегодня появилась возможность создавать не только растения, излучающие свет различных цветов, но такие, которые будут светиться по заранее заданной программе, например, при прикосновении или после стрижки или обрезки стебля, или только в темное время суток.
Видя будущие перспективы, участники разработки создали проект Glowing Plants (в переводе «Светящиеся растения») и запустили инвестиционную компания, которая получила большую поддержку, и за первую неделю уже было собрано более половины суммы 400000 долларов, намеченной в качестве конечной цели. Количество желающих поддержать проект перевалило за 3500 человек и продолжает увеличиваться.
В чем ценность кампании Светящихся растений?
Энтони Эванс, координатор этого проекта, сообщает, что запуск инвестиционной кампании на Kickstarter, был вызван новыми возможностями для развития, так как это дает возможность развивать науку иным, более открытым путем.
Glowing Plants не планирует организовывать промышленное производство светящихся деревьев для использования в качестве светильников. Однако, в качестве поощрения, они предлагают генетический материал для самостоятельного использования, обучение и поощрительные призы всем, кто поддержит их проект материально.
Например, одно из поощрительных предложений организаторов этого проекта, – семена генетически модифицированного светящегося растения Arabidopsis thaliana. Эти семена будут высланы всем тем, кто пожертвует $40 на благо проекта. Примерная дата, когда инвесторы смогут получить свои семена – июнь следующего года, или на месяц раньше, если взнос составит $120. Живое светящееся растение, которым можно похвастаться перед друзьями и использовать в качестве ночника доставят за $150.
При суме взноса $5000 и более, представитель команды проведет однодневный семинар по проблемам биолюминесценции. А имя того, кто внесет $10000 и более, будет увековечено в ДНК светящихся растений. Известно, что на сегодняшний день уже даже нашелся один такой спонсор проекта.
Идея ученых из Массачусетского инженерного института увенчалась успехом и теперь существуют растения, которые светятся. С их помощью будут освещаться улицы.
Американским генным инженерам совместно с нанотехнологами удалось вывести светящиеся растения. Эксперименты проводились над образцами водяного кресса или жерухи обыкновенной – полуводного растения семейства капустных.
Чтобы добиться свечения в растения ввели пигменты-люцефирины, специальный фермент-окислитель похожий на гены светлячков и светящихся бактерий. Транспортировались в ткани растения эти элементы с помощью нано-частиц кремния. Попадая в растения, они вступают в реакцию, в результате которой начинается выделяться энергия и растение светится.
Генные модификация и эксперименты с генами не проводились. Ученые пошли другим путем и стали просто вводить в растение нужные частицы. Растение вымачивается в растворе, создается высокое давление, и частицы через микропоры проникают в растение.
Конечно сразу же встали этические вопросы. Не вредно ли это для растений и не нарушается ли при этом нормальное их функционирование. Ученые сразу заверили эко-защитников, что это не вредно.
В состав вводящихся элементов входит также особый кофермент, способный выводить вредные вещества, получающиеся в результате окисления.
Применение светящихся растений
Зачем же придумали такое «чудо» — растение и где оно может помочь? В природе растений, которые светятся, нет. Только немногие живые организмы имеют способность светиться.
По задумке исследователей такие растения выводились для того, чтобы с их помощью освещать улицы ночью без фонарей. Люминесцентные частицы будут таким образом циркулировать в растении, чтобы в темное время суток они светились.
Если эксперимент полностью удастся, то можно будет экономить на электроэнергии. По данным статистики на освещение улиц тратиться почти 20% всего добываемого электричества.
На данном этапе это невозможно, и выведенные растения хоть и светятся, но полноценно заменить осветительные приборы не могут. Читать под ними, не напрягая зрение, невозможно. Пока их света достаточно чтобы осветить дорожку пешеходам или даже проезжую магистраль.
Первые образцы светились всего 45 минут, потом удалось достичь 4х часового свечения. Ученые хотят достичь результата, когда растения будут светиться всю свою жизнь. Плюс доставку реагентов тоже хотелось бы упростить, и сделать что-то вроде спрея.
Ученые постепенно наращивают мощность светящейся травы, и возможно в ближайшем будущем светящаяся трава сможет стать полноценным источником света.
Компания Bioglow создала необычное ГМО растение, которое, по словам создателей, светится в темноте. На презентации ботанического чуда разработчики из Bioglow продемонстрировали его свечение нескольким сотням присутствующих.
Чудо-растение
Технология генной модификации открывает широкие границы, однако некоторые исследователи убеждены в том, что это может быть слишком опасно, как для человека, так и для природы. Противников ГМО-продукции сегодня гораздо больше, чем сторонников, но её судьбу решит только время.
ГМО-растение - достижение геннетиков.
Ученые-генетики из компании Bioglow занимаются генными модификациями уже достаточно давно, и их растение, получившее название «аватар», является продуктом нескольких лет кропотливой работы. Добиться столь необычного эффекта для цветка удалось благодаря его генетической модификации с использованием генов морских глубоководных, водорослей.
Растение-аватар.
Свечение, которое производит растение в темноте, естественное, и является обычным явлением с точки зрения процесса фотосинтеза, во всяком случае, для морских растений. Цветок-светильник «аватар» не способен самостоятельно размножаться, более того, у «аватара» нет ни бутонов, ни плодов, так что нарушить естественный баланс природы из-за опыления насекомыми растение не сможет.
Выращивание ГМО-растения.
Использовать растения-«аватары» можно в декоративных целях. Чтобы почитать книгу в темноте, света растения будет недостаточно, но светящееся растение очень красиво смотрится в темноте и может быть использовано для декорирования. Живет «аватар» всего 2-3 месяца, а стоимость одного саженца составляет чуть более 1 доллара США.
Свечение растений в темноте - явление довольно необычное и не многим известное. Но если вы в конце лета после теплого дождя окажетесь ночью в редком смешанном лесу или на поляне со старыми пнями сосны, ели, березы, осины или ольхи, на которых растут опята, то сможете воочию налюбоваться этой сказочной картиной. Присмотритесь внимательнее - и в таинственной тишине среди темных силуэтов перешептывающихся деревьев во мраке летней ночи увидите волшебные "огоньки", светящиеся фосфорическим светом. Попробуйте ударить легким топориком по гнилому пию или отколоть тонкий слой коры: как искры разлетятся в стороны "огоньки"-гнилушки. В домашних условиях такая гнилушка светится недолго.
На обнаженной древесине такой гнилушки нетрудно заметить черные прожилки или разветвленные темно-бурые "шнуры" (ризоморфы), заканчивающиеся тонкими беловатыми нитями - мицелием. Это грибница поселившихся на древесине широко известных грибов - опенка осеннего или летнего. У этих грибов светятся не шляпка и не ножка, а мицелий, оплетающий, как тонкой паутиной, разрушенную древесину. А создается впечатление, что светится весь пень или гнилое дерево.
Находящиеся в почве споры опят не боятся резкой смены температуры. Кроме плодовых тел в грибнице появляются разрастающиеся ризоморфы, которые заражают корни деревьев и через них переходят на стволы, поднимаясь на высоту до 2,5-3 м (рис. 12). Появление грибницы на живом дереве (чаще всего через травмированную кору) приводит к разрушению древесины и его гибели. Эти съедобные грибы не только доставляют удовольствие в виде свежеприготовленной или заготовленной впрок пищи, но и могут причинять вред лесному хозяйству.
Имеются сведения, что в некоторых случаях свечением обладает еще один распространенный в Нечерноземье гриб - масленик настоящий, особенно когда его плодовое тело уже перезрело и начинает разрушаться.
Всего известно около 16 таких видов, причем большинство их принадлежит к всем известному типу шляпных грибов, состоящих из ножки (пенька) и шляпки - к семейству Agaricaceae, к подроду Pleurotus. Среди сумчатых грибов существуют в роде Xylaria. У одних светятся плоды, особенно нижняя поверхность шляпки, у других только вегетативные, служащие для питания гриба органы, так называемый мицелий. Грибы первой категории живут лишь на юге - в южной Европе, и еще больше их в странах жарких и тропических. Как сила, так и окраска испускаемого грибами света различна. Интенсивность фосфоресценции меняется не только с видом гриба, но неодинакова у одного и того же в разное время жизни. У некоторых, напр. у Pl. Gardneri, свет так силен, что при нем легко можно читать.
Водная поверхность чанов и поддоны цветочных горшков в оранжереях и теплицах часто покрываются видимой лишь под микроскопом так называемой золотой водорослью (Chromophyton Rosanoffii), зооспоры которой при направленном освещении дают эффектный золотистый отблеск. Благодаря наличию в каждой зооспоре хроматофора и ее способности ориентироваться отражающей сферической поверхностью в, сторону потока света, наиболее интенсивное отсвечивание происходит при рассматривании зеркала воды под наименьшим острым углом к ней. Если же смотреть на воду сверху перпендикулярно, налет водорослей кажется бесцветным и совершенно не дает блеска. Но этот эффект происходит уже не за счет собственного свечения, а только благодаря улавливанию света и направленному отражению его.
Кажущиеся на первый взгляд безобидными такие растения, как зверобой продырявленный, якорцы наземные, горец почечуйный, гречиха посевная, просо посевное, клевер луговой, люцерна посевная, иногда могут причинить неприятность. Оказывается, что животные светлой масти, "полакомившись" зеленой массой этих растений, могут серьезно заболеть. Но не вследствие отравления какими-либо ядовитыми алкалоидами, а в результате внутреннего солнечного ожога. Дело в том, что у травоядных животных в желудочно-кишечном тракте из хлорофилла зеленых растений вырабатывается сильно флюоресцирующий пигмент - филлоэритрин, обладающий свойством изменять длину волны солнечных лучей и превращать лучи химически неактивные в химически активные. Обычно филлоэритрин, всасываясь из тонких кишок в кровь, попадает с ней в печень, откуда с желчью поступает обратно в кишечник и выделяется с каловыми массами. При поедании же животными зверобоя, горца почечуйного и некоторых других растений возможные нарушения функций желудочно-кишечного тракта и печени приводят к задержке филлоэритрина в организме и поступлению его в общий круг кровообращения. Достигнув непигментированных участков кожи, этот пигмент делает их болезненно чувствительными к прямым солнечным лучам и косвенно вызывает у животных общее заболевание организма.
Животные темной масти такой болезнью обычно не страдают. Не заболевают коровы, овцы, свиньи и при поедании зеленой массы зверобоя, гречихи, клевера, проса в пасмурную погоду или при скармливании этих кормов в помещениях, где животные изолированы от прямого действия солнечного света. Все это дает основание полагать, что пигмент кожи и густой шерстный покров защищают ее от вредного действия ультрафиолетовых лучей.
А вот еще один пример. Около 50 лет тому назад завезли в Нечерноземье с Дальнего Востока интересное растение - борщевик Сосновского. В дикорастущем состоянии в центре России он не встречается. (Не спутайте его с безобидным широко распространенным в Нечерноземье на лугах борщевиком сибирским). Растение с огромными рассеченными листьями, высоким стеблем, завершающимся под стать ему соцветием - зонтиком, болезнями не страдает, никакими насекомыми не повреждается. Заинтересовало это растение ученых своей высокой урожайностью. Все бы хорошо, да есть у этого растения один серьезный порок: в клеточном соке его содержатся особые вещества - фурокумарины, которые при попадании на кожный покров или слизистые оболочки тела человека, подобно зверобою, вызывают при солнечном освещении сильные ожоги, трудно поддающиеся лечению. Достаточно дотронуться обнаженной частью тела до покрытой колючими волосками нижней поверхности его листа, как "щедрая душа" этого растения сразу же одарит вас своим "бальзамом". Правда, при силосовании происходит распад фурокумаринов и корм не опасен ни для животных, ни для человека, но обращение с этим растением при заготовке силоса требует большой осторожности и только механизированной уборки.
