Znajdź zawartość

Wzorując się na liściach pułapkowych dzbaneczników, inżynierowie stworzyli materiał niezwilżalny w stosunku do niemal każdej cieczy, także olejów i krwi. Co więcej, sprawdza się on nawet w ciężkich warunkach, tj. przy wysokim ciśnieniu czy temperaturach zamarzania. Wcześniej naukowcy koncentrowali się na liściach lotosu, które zainspirowały serię materiałów superhydrofobowych. Nie sprawdzały się one jednak w przypadku cieczy organicznych lub złożonych, które mają niższe napięcie powierzchniowe niż woda i pod wpływem lekkiego nacisku zaczynają wsiąkać w powierzchnię. Sytuacja nie była patowa, wystarczyło bowiem poszukać innego przykładu z natury, by z łatwością rozwiązać ten problem. Jak wyjaśnia prof. Joanna Aizenberg ze Szkoły Inżynierii i Nauk Stosowanych Uniwersytetu Harvarda, na liściach pułapkowych dzbaneczników znajdują się drobne guzki utrzymujące na miejscu warstwę wody, która oddziałuje na cząsteczki oleju (chodzi o oddziaływania między cząsteczkami polarnymi i niepolarnymi). W takiej sytuacji tłuszcze pokrywające stopy owadów nie na wiele się zdają i ofiara wpada wprost do soków trawiennych drapieżnej rośliny. Zespół z Harvardu uważa, że nowy materiał znajdzie zastosowanie w transporcie paliw, technologiach zapobiegania oblodzeniu i porastaniu kadłubów statków czy w procedurach związanych z wykorzystaniem cieczy biomedycznych (np. w cewnikach). Zainspirowani przez dzbaneczniki, opracowaliśmy nową powłokę, która przewyższa swoje naturalne i syntetyczne odpowiedniki, oferując proste i wszechstronne rozwiązanie w zakresie repelencji cieczy i ciał stałych – podkreśla Aizenberg. W przypadku lotosu wodoodporność jest skutkiem specyficznego ukształtowania powierzchni liści. Tworzą się poduszki powietrzne, na których skrapla się woda. Efekt lotosu zanika jednak, gdy powierzchnia jest uszkodzona albo działają ekstremalne warunki. Wtedy krople przylegają do niej albo wsiąkają, zamiast spływać. Poza tym okazało się, że wyprodukowanie materiałów wzorowanych na lotosie jest drogie i trudne. Dzbaneczniki nie bazują na wypełnionych powietrzem nanozadziorach. Na powierzchni liścia pułapkowego tworzy się po prostu warstwa wody. Tak-Sing Wong z laboratorium Aizenberg porównuje sytuację owada do samochodu wpadającego w poślizg na drodze pokrytej cienką warstewką deszczówki. Biorąc przykład z rośliny, Amerykanie zaprojektowali nanoporowaty materiał, pokryty cieczą spełniającą funkcję smaru. Nadano mu nazwę SLIPS (od Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces). SLIPS wykazuje praktycznie zerową retencję, gdyż potrzeba bardzo drobnego przechylenia, by ciecz lub ciało stałe zaczęło się ześlizgiwać i odpadło od powierzchni – twierdzi Aizenberg. Ciecz w takiej roli ma jeszcze jeden duży plus. Jest właściwie [idealnie] gładka i wolna od defektów. Nawet gdy uszkodziliśmy próbkę, rysując ją nożem, powierzchnia niemal natychmiast się naprawiała i właściwości "odstraszające" zostały zachowane. W odróżnieniu od lotosu, SLIPS można wyprodukować w wersji przezroczystej, przez co jest on idealny do celów optycznych i w aplikacjach samoczyszczących – dodaje Wong. Akademicy ujawniają, że efekt bliski wyeliminowania tarcia utrzymuje się także w trudnych warunkach: przy wysokim ciśnieniu (675 atmosfer, co odpowiada zanurzeniu na głębokość 7 km), wilgotności i niskich temperaturach. Zespół przeprowadził eksperyment na zewnątrz podczas burzy śnieżnej i SLIPS zapobiegał osadzaniu lodu. Do produkcji SLIPS można wykorzystać jakikolwiek porowaty materiał. Nawet mrówki się na nim ślizgają, całkiem jak na naturalnym wzorcu z dzbanecznika. Obecnie trwa proces patentowania wynalazku.

W hodowli roślin mięsożernych Hewitt-Cooper Carnivorous Plants w Wielkiej Brytanii doszło do drugiego potwierdzonego przypadku pożarcia ptaka przez przedstawiciela tej grupy. Zazwyczaj rośliny mięsożerne żywią się dużo mniejszymi owadami, pajęczakami i niewielkimi skorupiakami. Tym razem ofiarą jednego z dzbaneczników padła sikora modra. Podczas inspekcji swoich podopiecznych Hewitt-Cooper zobaczył wystające z dzbanka niebieskie piórka. Był zszokowany nietypowym odkryciem. Mam przyjaciela, który bada te szczególne rośliny w naturze, lecz nigdy nie zdobył dowodów, by któryś z okazów złapał ptaka. Drugi z udokumentowanych przypadków miał miejsce w Niemczech przed dwoma laty. Także wtedy stało się to w hodowli, nie na wolności. Hewitt-Cooper dodaje, że większym roślinom często zdarza się schwytać żaby, jaszczurki i myszy, a największą przyłapano ze szczurem w środku, ale znalezienie ptaka jest szczególnie rzadkie. Hodowca, który pasjonuje się roślinami mięsożernymi od 1981 r., uważa, że sikorę przywabiły do dzbanecznika owady. Ptak próbował je wyłowić, gdy pływały po powierzchni płynu trawiennego. Niestety, eskapada zakończyła się dla niego tragicznie.

Pewne nietoperze z Borneo mieszkają w dzbankach roślin owadożernych. Nepenthes rafflesiana elongata korzystają z pozostawionych przez lokatorów odchodów, a latające ssaki z gatunku Kerivoula hardwickii skutecznie ukrywają się przed niechcianym towarzystwem. Wcześniej widywano wiewióreczniki korzystające z dzbanków roślin owadożernych jak z toalety, jednak po raz pierwszy udokumentowano, że jakieś ssaki w nich mieszkają. Rośliny owadożerne z rodzaju Nepenthes żyją na ubogich glebach, dlatego polują na owady, by pozyskać z nich odpowiednią do wzrostu ilość azotu. N. rafflesiana elongata występuje na bagnach torfowiskowych oraz w lasach wrzosowiskowych Borneo i ma imponującej wielkości dzbanki. Niestety, w ramach wcześniejszych badań wykazano, że chwyta do 7 razy mniej owadów niż inne gatunki Nepenthes na wyspie. Dr Ulmar Grafe i jego zespół dociekali, jak w takim razie rośliny te radzą sobie z niedoborami azotu. W ten sposób zauważono, że dzbanecznik wszedł w relację mutualistyczną z nietoperzem. Jak napisano w artykule opublikowanym w piśmie Biology Letters, K. hardwickii lokują się powyżej płynu trawiennego. I tak dzbanecznik zdobywa nawóz, a ssak korzysta z bezpiecznego schronienia, wolnego od wysysających krew pasożytów zewnętrznych, które często gromadzą się w gniazdowiskach nietoperzy – tłumaczy Grafe.

Dzbanecznik Nepenthes lowii jest jedyną rośliną na świecie, która zbiera odchody zwierząt, a następnie wykorzystuje je do wytwarzania spijanej przez gości słodkiej substancji. Botanik i taksonom Ch'ien C. Lee jako pierwszy sfotografował ostatnio wiewiórecznika górskiego (Tupaia montana), który zasiadł na dzbanku jak na toalecie. N. lowii, gatunek endemiczny dla Borneo, polega na odchodach wiewióreczników oraz licznych ptaków. Soki rośliny mają niezbyt przyjemny zapach, ale słodki smak i tak przyciąga ssaki z rodziny tupajowatych. Jako że wieczko jest stale otwarte, zwierzęta mogą, a nawet muszą wygodnie przycupnąć, by skosztować smakołyku. N. lowii rozpoczynają życie jako rośliny drapieżne, ale z czasem niemal całkowicie przestawiają się na rycykling odchodów. W ten sposób gatunek potrafi przeżyć w środowisku ubogim w składniki odżywcze. Dzbanecznik ma wszystko, czego pragną wiewióreczniki. Wystarczy więc, że po prostu jest, a i jego potrzeby zostaną zaspokojone.

Nepenthes khasiana to roślina owadożerna z rodziny dzbanecznikowatych. Jest endemitem i występuje wyłącznie na wzgórzach Khasi w indyjskim stanie Assam. Tubylcy tradycyjnie wypijają ciecz wypełniającą liście pułapkowe, wierząc w jej właściwości lecznicze. Okazuje się, że praktyka wcale nie jest pozbawiona sensu, ponieważ roślina zawiera naturalne substancje przeciwgrzybiczne. Autorzy artykułu opublikowanego na łamach Journal of Experimental Biology uważają, że związki te zapobiegają rozwojowi grzybów w dzbankach i podbieraniu przez nie substancji odżywczych ze świeżo rozpuszczonych w sokach trawiennych ofiar. Szczególnie cenne są węgiel i azot, które ciężko zdobyć na glebach określonego rodzaju. W tropikach rywalizacja o pożywienie jest zażarta, a gorący, wilgotny klimat to idealne warunki do rozwoju grzybów, które z chęcią również zjadłyby posiłek z owada. Szefowa zespołu badawczego, Aviah Zilberstein z Uniwersytetu w Tel Awiwie, sądzi, że fitozwiązki można by wykorzystać w terapii grzybic, m.in. stóp, u ludzi. To ważne, ponieważ choroby te są trudne do wyeliminowania i często prowadzą do szpitalnych zakażeń wtórnych. Po wstępnych testach białek i enzymów endemicznego dzbanecznika, które rozpuszczają chitynę grzybów, profesor Zilberstein zakłada, że we właściwych warunkach klinicznych wtórne metabolity rośliny uda się wykorzystać do uzyskania nowej klasy skutecznych leków przeciwgrzybicznych. Członkowie zespołu wytypowali konkretne związki, które zwalczają grzyby. Dzbanek wytwarza je w strefie gruczołowej. Sądzimy, że metabolity działają wspólnie, by odstraszyć grzyby. Naukowcy przymierzają się do testów przedklinicznych na zwierzętach. Muszą tylko zdobyć fundusze, a wtedy okaże się, czy cenne substancje sprawdzają się w walce z dwoma grzybami, sprawiającymi najwięcej problemów szpitalnych. Już teraz jednak wiadomo, że nie są one toksyczne dla ludzi. Ze względu na brak jakichkolwiek grzybów we wnętrzu dzbanków należy się spodziewać, że gatunki atakujące naszą skórę również będą miały nie lada kłopot z wykształceniem oporności na wyprodukowane dzięki N. khasiana medykamenty.

W górzystym rejonie Filipin odkryto nowy gatunek rośliny mięsożernej. Na cześć brytyjskiego przyrodnika Davida Attenborough nadano jej nazwę Nepenthes attenboroughii. Dzbanki są tak wielkie, że w pułapce zmieszczą się nie tylko owady, ale i szczury. Dzbanecznik jest jednym z największych przedstawicieli rodzaju Nepenthes. Podczas tej samej wyprawy botanicy natrafili na różowe paprocie i niebieskie grzyby. Ani tych, ani tych nie umieli nazwać. Po raz pierwszy o istnieniu nieznanego dzbanecznika donosili misjonarze, którzy w 2000 r. próbowali zdobyć rzadko uczęszczaną Górę Wiktorii na wyspie Palawan (1726 m n.p.m.). Nie byli jednak odpowiednio przygotowani, dlatego zaginęli na 13 dni, zanim ratownicy zdołali ich odszukać. Po powrocie opisali olbrzymią roślinę mięsożerną. Dzięki nim zagadnieniem zainteresowali się Stewart McPherson z Red Fern Natural History Productions, niezależny botanik Alastair Robinson oraz Volker Heinrich. Wszyscy są specjalistami od dzbaneczników. W 2007 r. zorganizowali 2-miesięczną ekspedycję. Zamierzali m.in. zdobyć Górę Wiktorii. Wynajęli 3 przewodników, którzy najpierw prowadzili ich przez las nizinny. Tam wypatrzyli duże stanowiska Nepenthes philippinensis oraz wspomniane wcześniej różowe paprocie i niebieskie grzyby. Wraz ze wzrostem wysokości ubywało drzew, aż pozostały same karłowate krzewy i skały. Na ok. 1600 m n.p.m. nagle zobaczyliśmy jeden duży dzbanecznik, potem drugi i jeszcze więcej. Od razu stało się jasne, że to nieznany gatunek – wspomina McPherson. Piękne okazy nowo odkrytej rośliny trafiły do herbarium Palawan State University. Nepenthes attenboroughii nie jest licznie reprezentowanym gatunkiem, ale naukowcy mają nadzieję, że występując w trudno dostępnych okolicach, nie zostanie przetrzebiony. Podczas wyprawy McPherson, Robinson i Heinrich napotkali też dzbanecznik Nepenthes deaniana, który nie występuje dziko od 100 lat. Jedyny znany egzemplarz zginął w pożarze herbarium w 1945 r. Fotografie Nepenthes attenboroughii można podziwiać na witrynie internetowej Red Fern Natural History Productions.

Mięsożerne rośliny zawsze fascynowały swymi niepospolitymi umiejętnościami chwytania i "przetwarzania" zdobyczy. Organizmy te potrafią być jednak interesujące nie tylko dla botaników - enzymy odkryte w ich sokach trawiennych mogą stać się podstawą nowej generacji środków bakteriobójczych. Prognozy te są zasługą japońskich badaczy, którym udało się dokonać analizy substancji produkowanych przez dzbaneczniki (Nepenthes Alata). Do niedawna wiedza o składzie wspomnianych soków była raczej ogólna. Potwierdzono obecność w nich enzymów trawiennych, jednak ze względu na złożone procesy chemiczne, nie udało się ustalić dokładnie jakie to enzymy, ani jakie jeszcze substancje im towarzyszą. Dzięki pracy naukowców z Harima Institute w Riken oraz Ishikawa Prefectural University, udało się rozpoznać siedem białek produkowanych przez zielonego mięsożercę. Japończycy zbierali do badań świeży sok, który nie został jeszcze "skażony" schwytanymi owadami, po czym poddali go dokładnym badaniom. Okazało się, że część analizowanych związków w niczym nie przypomina enzymów trawiennych. Ich budowa sugeruje jednak, że pełnią one rolę w utrzymaniu zdobyczy w jak najlepszym stanie. Podobne substancje służą innym roślinom do ochrony przed zakażeniami bakteryjnymi i grzybami. Jest zatem wysoce prawdopodobne, że dzięki tym substancjom, dzbanecznik zawsze może trawić "świeżą" ofiarę, mimo iż proces taki jest bardzo powolny. Jeśli przewidywania naukowców potwierdzą się, otrzymamy kolejne środki zapobiegające niekontrolowanemu wzrostowi bakterii i grzybów. Istnieje też prawdopodobieństwo, że enzymy te pełnią jakąś inną, nieznaną do tej pory rolę.

Liście pułapkowe owadożernych dzbaneczników nie są banalnymi zasadzkami typu "zrób krok, a już się stąd nie wydostaniesz". Wypełniający je płyn ma podobną do śluzu kleistą konsystencję, a jego włókienka przygwożdżają nieostrożną ofiarę. Francuscy botanicy z Narodowego Centrum Badań Naukowych (CNRS), doktorzy Laurence Gaume i Yoel Forterre, stwierdzili, że wiskoelastyczne właściwości płynu nie zanikają nawet po rozcieńczeniu deszczówką, gdy woda stanowi ponad 90% roztworu (PLoS ONE). Dlatego naukowcy zaczęli rozważać możliwość wykorzystania go w przyszłości do opracowania ekologicznych pestycydów. Jest idealny do chwytania much i mrówek. Do tej pory badacze sądzili, że podczas polowania dzbaneczniki polegają na sile ciążenia i śliskiej powierzchni liści pułapkowych, które wypełnia substancja pomagająca tylko i wyłącznie w trawieniu. Gdy owady się szamoczą, sprężynujące włókienka wciągają je do środka. "Jedynym ratunkiem byłoby powolne przesuwanie się, ale schwytane w pułapkę zwierzęta wpadają w panikę i wykonują gwałtowne, szybkie ruchy. To jak pływanie w galaretce" – tłumaczy Forterre. Teraz naukowcy chcą zidentyfikować substancję, której płyn dzbaneczników zawdzięcza swoją niebywałą elastyczność. Syntetyczne płyny wiskoelastyczne lub polimery są dodawane do wielu współczesnych pesty- i herbicydów, aby zapobiec ich skapywaniu z opryskanych roślin. W ten sposób nie dopuszcza się do skażenia gleby.