استفاده از گیاهان درخشان جایگزین لامپ!

مهندسان موسسه فناوری ماساچوست(MIT) موفق به ابداع یک سری گیاهان درخشان شده‌اند که ممکن است جایگزین چراغ‌ها شوند.

گیاهان درخشان

دانشمندان با استفاده از همان ترکیبی که موجب درخشش کرم شب‌تاب می‌شود، توانستند گیاهانی تولید کنند که در تاریکی بدرخشند.

گیاهان درخشان می‌توانند کارهایی را که در حال حاضر توسط دستگاه‌های الکتریکی مانند لامپ‌ها و چراغ‌های خیابانی انجام می‌شود، عهده دار شوند.

گروهی از محققان از موسسه فناوری ماساچوست (MIT) گیاهان درخشان را به لیست پروژه‌های نانوبیونیک گیاهی خود اضافه کردند که در حال حاضر شامل گیاهانی است که می‌توانند مواد منفجره را شناسایی و گیاهانی که می‌توانند شرایط خشکی و کم‌آبی را کنترل کنند.

تیم تولید گیاهان درخشان، با هدف مهندسی کردن گیاهانی که یک روز بتوانند وظایف دستگاه‌های الکتریکی فعلی انجام دهند، پرمصرف‌ترین انرژی در جهان، یعنی روشنایی را هدف قرار داده است.

محققان برای ایجاد گیاهان درخشان خود از “لوسیفراز”(luciferase) استفاده کرده‌اند. لوسیفراز آنزیمی است که باعث می‌شود که کرم شب‌تاب بدرخشد و کوآنزیم A مولکولی است که واکنش یک محصول جانبی را از بین می‌برد و می‌تواند مانع فعالیت لوسیفراز شود.

لوسیفراز یک اصطلاح عمومی برای کلاس آنزیم‌های اکسیداتیو است که بیولومینسنس(زیست‌تابی) تولید می‌کنند و معمولا از یک فوتوپروتئین متمایز می‌شود. این نام برای اولین بار توسط “رافائل دوبویس” استفاده شده است که به ترتیب لوسیفرین و لوسیفراز را به ترتیب برای سوبسترا(بستر) و آنزیم به کار برده است. هر دو کلمه از واژه لاتین لوسیفر به معنی آورنده نور مشتق می‌شوند.

زیست‌تابی چیست؟

به تولید و انتشار نور توسط موجودات زنده که در اثر واکنش‌های شیمیایی در بدن آن‌ها صورت گرفته باشد، زیست‌تابی(bioluminescence) گفته می‌شود.

در بیشتر زیست‌تابی‌ها ماده‌ای به نام آدنوزین تری‌فسفات (ATP) واکنش دارد. در این واکنش نور فرابنفش و فروسرخ ایجاد نمی‌شود، بلکه فقط نور سرد تابیده می‌شود. این واکنش شیمیایی ممکن است درون یاخته یا بیرون از آن صورت بگیرد.

کوآنزیم‌ها مولکول‌های غیر پروتئینی و آلی هستند که از اجزای برخی آنزیم‌ها می‌باشند. کوآنزیم‌ها شامل ویتامین‌های فسفوریله شده محلول در آب و برخی مولکول‌های غیر ویتامینی و آلی دیگر مانند اس-آدنوزیل متیونین و کوآنزیم B می‌باشند.

کوآنزیم A یک کوآنزیم مهم است. اسید پانتوتنیک در ترکیب با سیستیمین و ATP ، کوآنزیم A را به وجود می‌آورد. تبدیل اسید پانتوتنیک(ویتامین ب۵) به فسفوپنتتین توسط آنزیم پنتوتنات کیناز اولین مرحله در تولید کوآنزیم A در جانداران است.

برای برانگیختن نانوذرات مولکول‌های حامل لوسیفرین، لوسیفراز و کوآنزیم A را در برگ‌های گیاه قرار می‌دهند.

محققان گیاهان را در محلول مولکول‌ها غوطه‌ور می‌کنند و سپس آن را به فشار بالا می‌رسانند تا مولکول‌ها را از طریق منافذی به نام روزنه هوایی وارد برگ کنند. هنگامی که مولکول‌ها درون گیاه قرار می‌گیرند، لوسیفراز می‌تواند باعث ایجاد نور و درخشش گیاه شود.

ایجاد گیاهان درخشان

محققان در ابتدای پروژه موفق به ایجاد گیاهانی شدند که می‌توانستند تا ۴۵ دقیقه درخشش داشته باشند، اما آنها قادر به بهبود آن تا سه ساعت و نیم شدند.

اکنون یک گیاه شاهی آبی ۱۰ سانتیمتری می‌تواند مقدار کمی نور مورد نیاز برای مطالعه را ایجاد کند، اما محققان معتقدند که می‌توانند با تنظیم غلظت اجزای آنها، هم میزان روشنایی و هم مدت زمان انتشار نور را به طور قابل توجهی بهبود ببخشند.

آزمایش‌های مشابه قبلی با تلاش برای ایجاد گیاهان درخشان با استفاده از ویرایش ژن انجام شده است، اما صرف نظر از این واقعیت که این روند بسیار دشوار است، گیاهان مورد استفاده آنها محدود بودند، در حالی که روش لوسیفراز که توسط محققان MIT مورد استفاده قرار گرفته است همه انواع گیاهان را از جمله اسفناج، شابانک و کلم شامل می‌شود.

“مایکل استرانو”، استاد مهندسی شیمی در MIT و نویسنده ارشد این مطالعه می‌گوید:
هدف ما این است که کاری کنیم تا گیاه از لحظه جوانه زدن تا رسیدن به یک گیاه بالغ،
تمام طول عمر خود این ویژگی را به همراه داشته باشد.

این پروژه می‌تواند یک روز برای ایجاد روشنایی پایدار در محیط داخلی یا برای توسعه درختان
برای تبدیل شدن به چراغ‌های طبیعی استفاده شود.

امروزه این امر بسیار مهم است، چرا که روشنایی مصنوعی منجر به افزایش خطر ابتلا
به سرطان پستان در میان زنان، اختلال گرده افشانی شبانه زنبورها و آلودگی نوری می‌شود.

این مطالعه توسط وزارت انرژی ایالات متحده آمریکا تامین مالی شده و در مجله
Nano Letters منتشر شده است.

خوب است درباره حشره کرم شب تاب بیشتر بدانید

کرم شب تاب  از خانواده حشرات و زیرمجموعه سوسک‌ها و زیرشاخه
غلاف پران یا قاب بالان می‌باشد. به این سوسک‌ها حشرات نوری نیز می‌گویند.
کرم‌های شب تاب نور سرد تولید می‌کنند که فاقد طیف‌های فروسرخ و فرابنفش می‌باشد.
این نور که طول موج آن از ۵۱۰ تا ۶۷۰ نانومتر متغییر است می‌تواند به رنگ‌های زرد،
سبز یا قرمز کم‌رنگ دیده شود. دانشمندان پیشتر بر این عقیده بودند که این حشرات
با نور شفقی فسفری شان موجب جلب توجه جنس مخالف برای جفتگیری و یا صید
برای شکار می‌شوند.

اما تحقیقاتی که اخیرا توسط گروهی از محققین با سرپرستی دانشمند بلژیکی،
رافائل دی کاک انجام شده است نشان می‌دهد که کرم‌های شب تاب از نوردهی به عنوان
یک سیستم دفاعی برای مقابله با شکارچیان استفاده می‌کنند. تاکنون در حدود ۲۰۰۰ گونه
از این نوع حشرات در نواحی معتدل و گرمسیری شناسایی شده است. بسیاری از انها در مناطق مردابی
و جنگلی، جایی که لاروهایشان به منابع غذایی دسترسی داشته باشند زندگی می‌کنند.
در بین بیشتر گونه‌ها هر دو جنس نر و ماده توانایی پرواز دارند. اما در بین بعضی گونه‌ها،
جنس ماده قادر به پرواز نمی‌باشد.

مکانیسم تولید نور در کرم شب تاب

تولید نور توسط کرمهای شبتاب نتیجه یک واکنش شیمیایی است با عنوان زیست‌تابی
که در عضو ویژه‌ای که عموما در قسمت تحتانی شکم حشره واقع شده است انجام می‌گیرد.
طی این روند ماده‌ای به نام لوسی‌فرین با اکسیژن ترکیب شده و تولید نور می‌کند.
البته ماده دیگری هم با نام لوسی‌فراز در فرایند تولید نور نقش دارد. این ماده به عنوان
کاتالیزور عمل می‌کند.

علم دیلی و دانشنامه تی تل