Le piante sono una meraviglia ingegneristica della natura. Alimentato dalla luce del sole, riciclano i nostri rifiuti di anidride carbonica in ossigeno fresco da respirare. Più, rendono il mondo più bello. Ma, con un piccolo aiuto da parte di noi umani, possono essere persuasi a fare ancora di più?

I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology hanno sperimentato per dare alle piante nuovi poteri inserendo minuscoli nanotubi di carbonio nei loro cloroplasti, il minuscolo motore della cellula vegetale in cui avviene la fotosintesi.

Dopo molti tentativi ed errori, i loro sforzi sono riusciti. Alcune delle piante alterate prodotte nel loro laboratorio hanno aumentato la loro attività fotosintetica del 30% rispetto alle piante normali. Altri sono stati in grado di rilevare minuscole tracce di inquinanti nell'aria.

E questo è solo l'inizio.

"L'idea è quella di impartire alle piante funzioni che non sono loro native, " disse Michele Strano, un professore di ingegneria chimica che ha supervisionato gli esperimenti.

In altre parole, vuole dare alle piante super poteri.

Il laboratorio di Strano è il primo a lavorare sul nesso tra biologia vegetale e nanotecnologia, un nuovo campo chiamato "nanobionica".

Perché nessuno aveva mai esplorato questa zona prima, la squadra doveva cominciare dall'inizio. Ciò significava innanzitutto capire come inserire i nanotubi in una pianta.

Nei primi esperimenti, hanno innaffiato le piante con una soluzione contenente nanoparticelle, sperando che le particelle venissero assorbite attraverso le radici. Ma non ha funzionato. Si scopre che le radici delle piante hanno una struttura che impedisce ai nanotubi di entrare nel sistema vascolare.

Il team ha anche provato a tagliare le foglie e a immergerle nella soluzione di nanoparticelle. Neanche questo ha funzionato.

imperterrito, La squadra di Strano si è rivolta agli stomi, i piccoli pori sulla parte inferiore delle foglie che lasciano entrare l'anidride carbonica e l'ossigeno e l'acqua. I ricercatori hanno scoperto che se mettono la soluzione di nanoparticelle in una siringa e ad alta pressione la sparano agli stomi, i nanotubi sarebbero entrati.

La sfida successiva era portare i nanotubi alla destinazione prevista:i minuscoli cloroplasti, da 5 a 10 micron di lunghezza, fluttuante all'interno delle cellule. Per fare questo, il team ha inventato un nuovo sistema che avvolge le nanoparticelle in un polimero altamente carico. Il polimero è particolarmente attratto dalla bolla lipidica che circonda ciascun cloroplasto. Quando i nanotubi colpiscono la bolla, scivolano dentro.

"È davvero impressionante come abbia funzionato bene, " ha detto Juan Pablo Giraldo, un biologo vegetale che lavora nel laboratorio di Strano. I nanotubi "vanno proprio lì e iniziano ad assemblarsi all'interno".

Dopo che il sistema di consegna è stato stabilito, i ricercatori potrebbero giocare. Hanno usato cloroplasti nelle piante viventi e cloroplasti estratti dalle foglie delle piante, spesso spinaci acquistati al supermercato.

Le piante usano solo il 10% della luce solare a loro disposizione. Tutta luce verde, Per esempio, si riflette nelle foglie. Ma dopo aver somministrato i nanotubi alle piante viventi, la loro attività fotosintetica è aumentata del 30%. La tecnica ha funzionato ancora meglio sui cloroplasti estratti (del tipo che hanno ottenuto dagli spinaci), causando un aumento della loro attività fotosintetica del 49%.

Gli scienziati del MIT non sono sicuri di cosa abbiano fatto i nanotubi per rendere la fotosintesi molto più efficiente. Una possibile spiegazione che hanno offerto è che i nanotubi condividono gli elettroni con i cloroplasti, consentendo al cloroplasto di catturare una gamma più ampia di luce (compresa la luce verde).

I ricercatori del laboratorio di Strano avevano precedentemente sviluppato un nanotubo di carbonio che risponde alla presenza di ossido nitrico riducendo drasticamente la sua fluorescenza. Quindi il team ha preparato una soluzione di questi nanotubi e l'ha sparata negli stomi.

Come avevano sperato, le foglie della pianta brillavano meno sotto una luce infrarossa quando erano esposte all'ossido nitrico. Però, il segnale era molto sottile, quindi i cespugli che controllano la qualità dell'aria sono ancora molto lontani. Ancora, Strano e i suoi colleghi pensano che le piante alterate potrebbero un giorno essere in grado di avvisarci degli inquinanti, pesticidi o malattie fungine nell'aria intorno a noi.

E altri esperimenti sono in arrivo.

Il team del MIT sta lavorando alla creazione di piante con funzioni ancora più esotiche. Per esempio, utilizzando nanoparticelle magnetiche, è possibile che possano trasformare le piante in antenne di comunicazione.

"La visione principale che abbiamo è quella di utilizzare le caratteristiche uniche che hanno le piante:la capacità di ricostruirsi, catturare l'energia solare per alimentarsi o catturare l'anidride carbonica - per realizzare dispositivi con proprietà simili, " disse Giraldo, l'autore principale di un articolo sul lavoro pubblicato questo mese sulla rivista Materiali della natura .

Alessandro Stella, un chimico dell'Università di Pittsburgh che non era coinvolto nello studio, ha affermato che la ricerca migliora la nostra comprensione di come interagiscono i nanomateriali e gli organismi viventi. Ha notato che studi passati hanno dimostrato che le nanoparticelle possono essere tossiche per alcuni ecosistemi, ma questo non sembrava essere un problema qui.

Anziché, Egli ha detto, i ricercatori sembravano in grado di ottimizzare le prestazioni di alcuni macchinari dell'impianto in un modo che la natura non ha ancora fatto.

"Questo lavoro è un passo importante verso la progettazione razionale di sistemi impiantistici in grado di raccogliere e biorilevare l'energia solare in modo più efficiente - oltre i limiti dell'evoluzione naturale, " Egli ha detto.

©2014 Los Angeles Times
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