Базовые знания по биологии подсказывают, что жизненные процессы в растениях сопровождаются производством электричества. Водно-ионный обмен в живых тканях создаёт потенциал на подключённых электродах. В теории зелёные насаждения могут стать прямым источником электрической энергии, к чему учёные из Индии призывают готовиться уже сейчас. Для этого они изучили динамику выработки тока растениями в зависимости от циркадных ритмов.

Источник изображения: Indian Institute of Technology (IIT) Kharagpur

Очевидно, что растения по-разному ведут себя днём и ночью, а также в зависимости от погодных факторов. Из этого также следует, что производство электрической энергии тоже будет зависеть от суточных ритмов насаждений. Исследователи из Индийского технологического института в Харагпуре решили с максимально возможной точностью изучить влияние циркадных ритмов и других факторов на генерирующие свойства растений.

В качестве подопытных были выбраны эйхорния толстоножковая (водяной гиацинт, Eichhornia crassipes) и лаки бамбук (драцена сандера, Dracaena sanderiana). Учёные прикрепили к ним электроды, а также подключили датчики к резервуарам с питающей жидкостью для контроля за щелочным составом.

«Этот потоковый [генерирующий] потенциал, по сути, являющийся следствием естественной энергии, получаемой на растении, предлагает возобновляемый источник энергии, который работает непрерывно и может быть устойчивым в течение длительного периода, — сказал автор работы Суман Чакраборти (Suman Chakraborty). — Вопрос, на который мы хотели ответить, заключался в том, какой потенциал оно может вырабатывать и как на электрический потенциал влияют биологические часы растения?».

Эксперименты показали, что электричество на растении можно производить в циклическом ритме. Также учёные установили точную связь между генерацией и присущим растениям суточным ритмом. Сверх того, процессы генерации удалось привязать к потреблению растением воды и ионному обмену в процессе движения сока по их сосудам.

«Мы не только заново открыли электрический ритм растений, описав его в терминах напряжений и токов, но мы также предоставили информацию о возможном использовании вырабатываемой растениями электроэнергии устойчивым образом без воздействия на окружающую среду и без нарушения экосистемы, — пояснили учёные. — Полученные результаты могут помочь в разработке биомиметических, вдохновленных природой систем, способных противостоять глобальному энергетическому кризису с помощью экологически чистого, устойчивого решения, при котором посадка дерева не только устраняет кризис изменения климата и ухудшения качества окружающей среды, но и обеспечивает получение электроэнергии из насаждений».

Не секрет, что в клетках растений во время фотосинтеза и жизнедеятельности протекают химических реакции с высвобождением электронов. Очевидно, что расположив электроды в теле растений можно сформировать из электронов поток электрического тока. И теперь группа учёных провела детальное исследование явления, выяснив, что растения можно применять в энергетике.

Источник изображения: Pixabay

Для экспериментов было выбрано растение Corpuscularia lehmannii из группы суккулентов. Эта группа растений отличается способностью запасать в клетках значительные объёмы воды, поскольку в основном произрастает в засушливых районах. Тем самым такие растения богаты электролитом естественного происхождения, баланс которого поддерживается жизнедеятельностью растений, включая фазу фотосинтеза.

Источник изображений: ACS Applied Materials & Interfaces

Как сообщают учёные в статье в журнале ACS Applied Materials & Interfaces, один лист Corpuscularia lehmannii с воткнутыми электродами из железного анода и платинового катода показал напряжение 0,28 В и ток до 20 мкА/см² в цепи. Ток начинал течь под воздействием света на растение и мог вырабатываться в течение суток. Последовательное соединение нескольких листьев обещает увеличить напряжение, доведя его почти до возможностей «обычной щелочной батарейки».

Исследование было направлено на поиск таких режимов работы живого солнечного элемента, чтобы протоны во внутреннем растворе листьев объединялись с образованием газообразного водорода на катоде, и этот водород можно было собирать и использовать для других задач. Тем самым суккуленты могут обеспечить одновременно выработку электрической энергии и быть источником водорода. Интересно, доведут ли это исследование до практической пользы?

Группа генетиков из Университета западной Австралии научила клетки растений выполнять логические операции NOT, AND и OR. Тем самым учёные расширили арсенал биокомпьютеров — систем на основе живых клеток, которые могут выполнять логические операции. Результаты проведённого исследования были опубликованы в журнале Nature.

Источник изображения: Pixabay

Живые клетки могут давать ответные реакции на присутствие фермента рекомбиназы, выработка которого стимулируется за счёт нагревания или добавления синтетического гормона коры надпочечников дексаметазона. В ответ на это в клетках активизируются так называемые репортёрные белки. В рамках нынешнего исследования их роль выполнял зелёный флуоресцентный белок.

В процессе обучения биокомпьютеров учёные задействовали два вида рекомбиназы. Так для выполнения операции OR необходимо присутствие хотя бы одной из двух рекомбиназ, тогда как для операции AND — двух. Успешность выполнения операций определялась по активации репортёрного белка (клетки начинали светиться). Отмечается, что в рамках исследования генетикам удалось реализовать выполнение более сложных операций, например, активацию в присутствии одной из рекомбиназ, но не обоих сразу.

Источник изображения: Nature

Авторы исследования уверены, что проделанная ими работа приближает учёных к созданию ячеек памяти, которые аналогичны памяти в вычислительных машинах, на основе живых клеток. Экспрессия генов в такой модели постоянна и после активации не зависит от внешних условий, в отличие от естественной клеточной регуляции.