Международная группа исследователей, включающая сотрудников Института коллоидов и интерфейсов Макса Планка, обнаружила механизм самоуплотнения в семенных коробочках растений Banksia: специальные воски в зоне соединения между двумя створками коробочек плавятся при повышенной температуре. температуры окружающей среды и, таким образом, герметизируют небольшие трещины.
Пожары в кустах могут вызывать разрушения, но в то же время создавать новую жизнь: многим видам рода Banksia, обычно встречающимся в Австралии, требуется тепло, чтобы их семена могли высвободиться из стручков. Поскольку пожары случаются через неравные промежутки времени, зрелые семена часто остаются в двухстворчатых стручках в течение длительного времени - до 17 лет у некоторых видов. В течение этого длительного периода времени семенные коробочки постоянно подвергаются воздействию окружающей среды. Это может вызвать крошечные трещины, через которые проникают влага или патогены, что может привести к повреждению семян.
Ученые из Института коллоидов и интерфейсов им. Макса Планка в Потсдаме в сотрудничестве с коллегами из Технического университета Дрездена, Университета природных ресурсов и наук о жизни в Вене и Кингс-парка и ботанического сада в Западной Австралии показали, как Растение защищает семена: специальные воски между двумя створками семенных коробочек, которые плавятся при повышенных температурах окружающей среды, обеспечивают эффективное запечатывание этих крошечных отверстий.
Исследование, проведенное учеными, было сосредоточено на трех различных видах Banksia: Banksia serrata встречается на востоке Австралии, а B. attenuata и B. candolleana распространены на юго-западе. Род Banksia включает множество видов вечнозеленых деревьев и кустарников. Соцветия состоят из многочисленных отдельных цветков, которые опыляются насекомыми, птицами или сумчатыми.
Семенные коробочки многих видов требуют очень высоких температур для раскрытия, например, из-за лесных пожаров. До недавнего времени было неясно, как работает этот механизм открытия, связанный с температурой: «Принято считать, что две створки семенных коробочек удерживаются вместе смолами, которые плавятся при нагревании, тем самым открывая створки», - говорит Джессика Хасс, докторант. в институте в Потсдаме и первый автор исследования. «Но в зоне соединения между клапанами мы обнаружили воск, а не смолу». Чтобы получить подробную химическую характеристику, исследователи проанализировали вещества с помощью рамановской спектроскопии.
Дальнейшие исследования показали, что воск плавится при температуре от 45 до 55 градусов по Цельсию, в то время как семенные коробочки не открываются до тех пор, пока не будет достигнута температура от 54 до 76 градусов по Цельсию. Это было явным признаком того, что парафины не вызывали открытие клапанов.
В ранее опубликованном исследовании ученые представили доказательства того, что механизм открывания основан на механических свойствах и разной ориентации волокон целлюлозы в трехслойной капсуле. «Ткань высыхает, пока созревает семя», - говорит Джессика Хасс. «Во время этого процесса волокна сжимаются в разной степени, создавая тем самым предварительное напряжение». Тепло размягчает самый внутренний слой стручка, тем самым снимая предварительное напряжение и вызывая расщепление двух половинок стручка."
Но каковы функции восков, если они не имеют отношения к механизму открывания? «Поскольку у некоторых видов Banksia семена остаются на растении в течение чрезвычайно длительного периода времени, а стручок постоянно подвергается воздействию УФ-излучения, жары и дождя, а также клюва голодных птиц, мы предполагаем, что воски выполняют защитную функцию. ", - говорит ученый. «Во многих регионах Австралии температура от 45 до 55°C не является чем-то необычным в открытых для солнца районах в летнее время: воски тают в жаркие дни, и в этом жидком состоянии они способны неоднократно заделывать небольшие трещины."
Основываясь на простой модели, исследователи проверили, действительно ли такие воски способны заделывать трещины в древесине. Они использовали небольшие панели из соснового дерева, которые покрывали тонким слоем карнаубского воска, а затем наносили надрезы. Впоследствии они заставили воск расплавиться на некоторых деревянных панелях. Тест на окрашивание показал, что жидкий воск эффективно запечатал порезы всего за 15 минут: в то время как на ненагретых панелях можно было окрасить полости, на нагретых панелях окрашивание не произошло.
«Продемонстрированный механизм самозапечатывания, вероятно, является широко распространенной адаптацией рода Banksia», - говорит Микаэла Эдер. «Такая самоуплотняющаяся температурная система может быть интересна для приложений, например, для стабильной по размерам древесины в наружных конструкциях».