Шпинат против химии

Как выявить химическое загрязнение или даже наличие взрывчатых веществ? Возможно, для этого в скором времени не понадобится каких-то особо сложных технологий, достаточно будет установить инфракрасную камеру вблизи зарослей самого обыкновенного шпината.

Группа инженеров из Массачусетского технологического института выяснила, что корни шпината обладают очень высокой чувствительностью и потому способны улавливать наличие нитросоединений, присутствующих в почве, воздухе и грунтовых водах. На основе этих свойств была разработана система датчиков химического загрязнения.

По сосудам растения пустили раствор наночастиц, а в листья встроили углеродные нанотрубки, излучающие постоянный сигнал, передающийся на расположенное поблизости инфракрасное устройство. Как только фиксируется химическое изменение в окружающей среде, характер сигнала меняется и оператор автоматически получает по беспроводной связи сообщение.

Изначально предполагалось, что система станет заниматься поиском скрытых взрывчатых веществ, таких как наземные мины и другие боеприпасы, поскольку нитраты входят и в состав взрывчатки. Так, при горении выделяется оксид азота.

Но впоследствии специалистам пришло в голову, что можно использовать сенсорные качества шпината для экологического мониторинга, в том числе для отслеживания климатических изменений. Скажем, подобные сенсоры могут «прогнозировать» засуху.

Данный эксперимент является частью масштабных исследований по разработке технологий растительной нанобионики – электронных систем с растительными компонентами.

Ученым уже давно известно, что растения умеют «чувствовать». Так, физики из Боннского университета (Германия) выяснили, что в состоянии стресса наши зеленые друзья выделяют газ этилен. Концентрация его пря­мо пропорциональна уровню «раздражения», испытываемого растением.

Ученые изобрели уникальное устройство, поз­воляющее переводить количество выделяемого этилена в звуковые сигна­лы. По словам руководителя проекта Ральфа Геблера, орхидея, у кото­рой оторвали листок, в этот момент издает «крик», вызванный болевым ощущением. Стонет от дискомфорта и зараженный грибком огурец…

Геблер утверждает также, что некоторые растения могут быть несовместимы друг с другом. Например, яблоки, оказавшиеся по соседству с бананами, выделяют такое количество га­за, что последние приобретают коричневый цвет. Специальный прибор, помещенный, скажем, в корзину с фруктами, может улавливать сигналы, указывающие на такую несовместимость.

Бионика – это наука, объединяющая биологию с техникой. По мнению исследователей, «усовершенствованные» растения смогут выполнять ряд функций, заложенных в них человеком и обеспечивающих его нужды. Например, их планируется использовать для выработки электричества, очистки воздуха, проведения мониторинга уровня загрязнения окружающей среды…

Так, сотрудники MIT проводили эксперименты над растением семейства капустных Arabidopsis thaliana (Резуховидка Таля). В результате внедрения углеродных нанотрубок в клеточную структуру Arabidopsis thaliana на треть повысилась их способность к захвату световой энергии, а также проявилась способность поглощать оксид азота, который является одним из основных загрязнителей воздуха.

Все эксперименты проводились сначала на клеточных структурах, помещенных в пробирку, а затем переносились на живые растения. Реакция на оксид азота оказалась одним из самых успешных результатов опыта.

При этом индикатором успешности стало свечение растений, явившееся итогом взаимодействия особого полимерного покрытия применяемых в опыте трубок с загрязнителем, вызвавшим слабую, но впечатляющую флуоресценцию.

Еще ранее ученые из Массачусетса разработали на основе нанотрубок различные датчики, реагирующие на опасные загрязнители, прежде всего тринитротолуол и нервно-паралитический газ зарин. Таким образом, бионические растения уже про­явили себя как весьма надежный индикатор опасных веществ…

Также разрабатываются индикаторы, которые при удачном внедрении позволят обнаруживать в окружающей среде пестициды, грибковые и бактериальные инфекции. Причем внедренные в них нанотрубки могут быть «заточены» под любые вещества или бактерии.

Что же касается пресловутого шпината, то его свойства предлагается задействовать в проектах так называемых экодомов. Ожидается, что, «зажатые» между слоями стекла центральной системы жизнеобеспечения, они станут производить электричество для дома будущего. Секрет работы механизма его создатели намеренно не раскрывают.

Ясно, что тут замешан фотосинтез. Первые «шпинатные» дома должны были появиться в Роаноке (американский штат Вирджиния).

«Растения – очень хорошие химики-аналитики, – комментирует ведущий автор разработки MIT Майкл Страно. – У них есть разветвленная корневая сеть в почве, они постоянно берут пробы грунтовых вод и умеют самостоятельно транспортировать их к листьям.

Растения могут обнаруживать небольшие изменения свойств почвы и водного потенциала. Если мы подключимся к ним, то получим доступ к огромному количеству информации».

«Мы продемонстрировали, как можно преодолеть коммуникационный барьер между растениями и людьми», – считают авторы исследования, результаты которого изложены в журнале Nature Materials. К тому же, по их мнению, создать растительный нанобиотик гораздо проще, чем машину, которая будет выполнять те же функции.

Ирина ШЛИОНСКАЯ