Leuchtende Pflanzen in der Natur. Geschäftsidee: leuchtende Blumen. Der Materialpreis und deren Verbrauch

Der Hund der Baskerville, der im Roman von Arthur Conan Doyle mit seinem glühenden Grinsen im Dunkeln Sir Charles Baskerville zu Tode brachte und Henry Baskerville beinahe umbrachte, war ein gewöhnlicher Hund. Sie glänzte nur dank Bosheit und Phosphor im Gesicht. Es gibt jedoch lebende Organismen, die von selbst im Dunkeln leuchten.

Bakterien, Quallen, Weichtiere, Plankton, Glühwürmchen, Skorpione, Pilze (einschließlich der üblichen Pilze). Heute kennen Wissenschaftler mehr als achthundert leuchtende lebende Organismen. Die meisten von ihnen leben in den Meeren und Ozeanen. Wissenschaftler haben jedoch noch keine Vertreter des Königreichs Flora entdeckt, die die Fähigkeit zur Biolumineszenz haben. Ein Mensch ist es jedoch nicht gewohnt, auf Gefälligkeiten der Natur zu warten: Wenn er aus irgendeinem Grund „nicht daran gedacht hat“, leuchtende Pflanzen zu machen, ist die „Krone der Schöpfung“ bereit, diese Angelegenheit selbst zu übernehmen.

Bioglow - das Unternehmen hinter dem Konzept der leuchtenden Pflanze

In der Natur gibt es keine leuchtenden Pflanzen, denn Pflanzen brauchen keine Biolumineszenz. Im Mikrokosmos ist Glühen eine Nebenwirkung der Verdauung: die Neutralisation von aktivem Sauerstoff durch bakterielle Enzyme beim Abbau von Glukose. Glühwürmchen und kleine Watazenia-Tintenfische nutzen Licht, um Partner anzuziehen, Quallen als Stoßschutz gegen diejenigen, die versuchen, sie zu fressen.

Es gibt auch Jäger, die ihre Opfer durch das Leuchten ihres eigenen Körpers anziehen. Und einige Arten von Tiefseekorallen sind Wissenschaftlern zufolge in der Lage, schwaches kurzwelliges Licht, das in die Tiefe eindringt, in hellere Flares umzuwandeln. Dieses Phänomen wird als Phyto-Licht für die Möglichkeit der Photosynthese von symbiotischen Kolonien von im Korallendickicht lebenden Algen genutzt.

Pflanzen müssen nicht leuchten. Dafür brauchte es den Eingriff der Gentechnik, jahrzehntelange Arbeit und eine solide Investition. Pflanzenchloroplasten sind halbautonome Plastiden, die in Symbiose mit Pflanzen existieren. Der Hypothese nach waren sie einst unabhängig, wie die mit den Chloroplasten verwandten Cyanobakterien, zur Lumineszenz fähig. Alexander Krichevsky (St. Louis, USA) - Spezialist für zwei Bereiche: das Studium des Phänomens der Biolumineszenz mariner Bakterien und die Pflanzenmikrobiologie. Der Wissenschaftler hatte die Idee, zwei bekannte Disziplinen zu vereinen, was er tat, um ein Biotechnologie-Unternehmen "Bioglow, Inc." zu gründen.

Sternenlicht-Avatar: der Inbegriff von Sternenlicht

Das Unternehmen von Alexander Krichevsky hat das Konzept einer leuchtenden Pflanze entwickelt - "Starlight Avatar®".

Das Leuchten des Starlight Avatars (Tabakpflanze) basiert auf der Einführung eines Teils des Glühwürmchen-Gens - dem Luciferase-Molekül - in das Pflanzengenom. Damit Starlight Avatar leuchten kann, wird ein Katalysator benötigt – die Leuchtreaktion tritt auf, wenn Luciferase durch Sauerstoff in Gegenwart des Enzyms Luciferin oxidiert wird. Luciferin war in dem Nährmedium enthalten, in dem die Pflanze gezüchtet wurde.

Das Leuchten einer neuen Generation gentechnisch veränderter Pflanzen (links) im Vergleich zu Starlight Avatar (rechts). Foto von der Websitebioglowtech.com
Im Jahr 2014 verkaufte Bioglow zwanzig leuchtende Starlight-Avatare, die in speziellen Containern wachsen, auf einer Auktion. Dieses Licht ist zwar sehr schwach, aber das Labor von Alexander Krichevsky arbeitet daran, die Helligkeit zu erhöhen.

Während - aus dem Reich der Fantasie

Bioglow plant, Pflanzen zu schaffen, die nicht nur nachts die Landschaft schmücken, sondern auch dazu beitragen, die Straßenbeleuchtung zu sparen. Aber vorerst sind leuchtende Pflanzen aus dem Reich der Fantasie. Starlight Avatar strahlt nur dann Licht aus, wenn es mit einer geeigneten Lösung bewässert wird.

Russische Wissenschaftler, die im Labor für biomolekulare Spektroskopie des Instituts für Bioorganische Chemie der Russischen Akademie der Wissenschaften unter der Leitung von Ilya Yampolsky an der Erforschung der Biolumineszenz und der Schaffung selbstleuchtender Pflanzen arbeiten, glauben, dass es zu früh ist, Blumenbeete zu planen in ihren Bereichen, unter Berücksichtigung der im Dunkeln leuchtenden Rosen oder Pfingstrosen und Entwurzeln von Hecken, um sie in leuchtende Farben zu verwandeln.

Sie bezeichnen die Pflanzenbiolumineszenz als eines der ambitioniertesten Projekte: „Die ideale Möglichkeit, die bisher noch niemandem gelungen ist, besteht darin, den gesamten Weg der Luciferin-Biosynthese zu entschlüsseln, die ein mehrstufiger Prozess mit vielen Proteinen sein kann. Dann - die Einfügung von Genen in das Genom eines anderen Organismus, die all diese Proteine ​​​​und Luciferase kodieren. Derzeit ist die Biosynthese nur des bakteriellen Luciferins entschlüsselt, aber dieses System ist schwer an Pflanzen und Tiere anzupassen. Und die Umsetzung eines solchen Ansatzes erscheint unwahrscheinlich."

Samen von leuchtenden Blumen können noch nicht gekauft werden (es sei denn, Sie haben 40 US-Dollar für die hypothetische Möglichkeit bezahlt, die Samen der gentechnisch veränderten Tal rezuhavidka in einem Crowdfunding-Projekt zu erhalten). Aber lassen Sie sich nicht entmutigen: Auf der anderen Seite können Sie künstliche leuchtende Steine ​​​​kaufen - zum Dekorieren von Wegen auf Ihrem Gelände, zum Erstellen von im Dunkeln sichtbaren Alpenrutschen und sogar zum Dekorieren der Fassade eines Hauses. Nun, oder als letztes Mittel - zumindest für die Dekoration eines Aquariums.

Die Idee von Wissenschaftlern des Massachusetts Institute of Engineering war von Erfolg gekrönt und nun gibt es Pflanzen, die leuchten. Mit ihrer Hilfe werden Straßen beleuchtet.

Amerikanischen Geningenieuren ist es zusammen mit Nanotechnologen gelungen, leuchtende Pflanzen zu züchten. Die Experimente wurden an Proben von Brunnenkresse oder Gemeiner Brunnenkresse, einer semiaquatischen Pflanze der Kohlfamilie, durchgeführt.

Um ein Leuchten zu erzielen, wurden den Pflanzen Pigmente-Lucefirine injiziert, ein spezielles oxidierendes Enzym, das den Genen von Glühwürmchen und Leuchtbakterien ähnelt. Diese Elemente wurden mit Nanopartikeln aus Silizium in Pflanzengewebe transportiert. In Pflanzen angekommen, reagieren sie, wodurch Energie freigesetzt wird und die Pflanze glüht.

Genetische Modifikationen und Experimente mit Genen wurden nicht durchgeführt. Wissenschaftler gingen den anderen Weg und begannen einfach die notwendigen Partikel in die Pflanze einzubringen. Die Pflanze wird in einer Lösung getränkt, ein hoher Druck wird erzeugt und Partikel dringen durch Mikroporen in die Pflanze ein.

Natürlich kamen sofort ethische Fragen auf. Ist es schädlich für Pflanzen und stört es ihre normale Funktion? Wissenschaftler versicherten Öko-Befürwortern sofort, dass es nicht schädlich sei.

Die Zusammensetzung der eingebrachten Elemente enthält auch ein spezielles Coenzym, das in der Lage ist, durch Oxidation entstehende Schadstoffe zu entfernen.

Die Verwendung von leuchtenden Pflanzen

Warum haben sie sich so ein "Wunder" ausgedacht - eine Pflanze und wo kann sie helfen? Es gibt keine Pflanzen, die in der Natur leuchten. Nur wenige lebende Organismen besitzen die Fähigkeit zu leuchten.

Nach der Idee der Forscher wurden solche Pflanzen gezüchtet, um damit nachts ohne Laternen die Straßen zu beleuchten. Auf diese Weise zirkulieren leuchtende Partikel in der Pflanze, sodass sie nachts leuchten.

Wenn das Experiment vollständig erfolgreich ist, kann Strom gespart werden. Laut Statistik werden fast 20 % des gesamten produzierten Stroms für die Straßenbeleuchtung ausgegeben.

Dies ist zu diesem Zeitpunkt unmöglich, und obwohl die gezüchteten Pflanzen leuchten, können sie die Beleuchtungsgeräte nicht vollständig ersetzen. Es ist unmöglich, darunter zu lesen, ohne die Augen anzustrengen. Dabei reicht ihr Licht aus, um den Weg für Fußgänger oder sogar die Fahrbahn zu beleuchten.

Die ersten Proben glühten nur 45 Minuten, dann konnte ein 4-Stunden-Glühen erreicht werden. Wissenschaftler wollen ein Ergebnis erzielen, bei dem Pflanzen ihr ganzes Leben lang leuchten. Außerdem möchte ich auch die Lieferung von Reagenzien vereinfachen und so etwas wie ein Spray herstellen.

Wissenschaftler steigern nach und nach die Kraft des leuchtenden Grases, und vielleicht kann das leuchtende Gras in naher Zukunft zu einer vollwertigen Lichtquelle werden.

Als Objekt der "Hervorhebung" wählten die Wissenschaftler die Lieblingsmodellpflanze der Genetiker - Tals unscheinbares rezukhovidka Arabidopsis thaliana... Wenn bei ihm alles gut geht, versprechen Biologen im nächsten Schritt, die Rose zum Leuchten zu bringen.

Interessanterweise brauchen „Biohacker“, wie sie in der Presse genannt wurden, keine Arbeitserlaubnis. Die Autoren des Projekts sagen, dass leuchtende Pflanzen nach US-Recht keiner Regulierung unterliegen: Sie sind nicht für den menschlichen oder tierischen Verzehr bestimmt, und die Bundeslandwirtschaftsbehörde APHIS (Animal and Plant Health Inspection Service) interessiert sich nur für die Methode der Einführung von Transgenen. Wenn die Gene des Luciferase-Systems in die Pflanze mit einer Methode eingebracht werden, die keine Krankheitserreger verwendet (ursprünglich sollte es bedingt pathogene Agrobakterium) wird APHIS die Arbeit von Evans und seinen Kollegen nicht stören können.

Sie erschien neben der spezialisierten Öko-Aktivistenpresse im The Guardian. Am aktivsten war die kanadische Organisation ETC Group - sie versuchte, eine öffentliche Kampagne zu organisieren, um Druck auf Kickstarter auszuüben, um "Biohackern" keine Gelder zu geben.

Es ist schwer zu sagen, ob Evans und seine Mitarbeiter in der Lage sein werden, den Widerstand zu überwinden und das Saatgut rechtzeitig an die Enthusiasten zu liefern, die das Projekt unterstützt haben. Bisher scheinen sie mit ihrem leidgeprüften Lachs eine viel bessere Chance zu haben als AquaBounty. Denn „Biohacker“ werden im Gegensatz zu AquaBounty, Monsanto und anderen Biotech-Firmen nicht mit der amerikanischen Bürokratie in Form der FDA zu kämpfen haben, sondern mit der öffentlichen Meinung und Öko-Aktivisten, die es zum Glück oder leider noch nicht sind so mächtig.

Alle Fans des Films "Avatar" müssen auf die erstaunlichen leuchtenden Pflanzen des Dschungels von Pandora geachtet haben. Aber das ist jetzt keine Fantasie mehr, Wissenschaftler haben vor kurzem Pflanzen erfunden, die nachts hell leuchten können.

Erste Prototypen

Die ersten Proben dieser Art wurden 1986 von Stephen Howells Team erhalten. Durch die genetische Veränderung von Karotten und Tabak begannen sie, eine Luciferase (der für die Lumineszenz verantwortliche Bereich der Pflanzen) zu enthalten, aber den Pflanzen fehlte Luciferin (das leuchtende Pigment). Die ganze Schwierigkeit bestand darin, dass man zur Gewinnung von Luciferase der DNA ein einzelnes Gen hinzufügen musste, um Luciferin jedoch zu erhalten, brauchte man einen ganzen Satz davon. Daher mussten Pflanzen, die auf diese Weise entstanden sind, mit Lucephirin behandelt oder dem Boden zugesetzt werden. Dies kann man an Fotografien solcher Pflanzen erkennen, bei denen die Wurzeln und Stängel des Tabaks viel heller leuchten, entlang denen das leuchtende Enzym wandert.

Die erste Pflanze, die von selbst leuchten konnte, wurde erst 2010 geschaffen. Wissenschaftler aus Israel und den USA haben einen Weg gefunden, Pflanzen dazu zu bringen, selbst Lucphyrin zu produzieren. Dazu fügten sie ein Gen des Bakteriums Photobacterium leiognathi hinzu. Außerdem wurde das Gen aus den Bakterien in das Chloroplasten-Gen eingefügt, damit es nicht mit Pollen gespendet werden konnte.

Aber solche Pflanzen leuchteten leicht, um den Effekt zu sehen, war es notwendig, Fotos mit einer langen Belichtungszeit zu machen. Diese Situation war mit dem Nichtüberleben von Genen in einem fremden Organismus verbunden. Trotzdem hat der Erfinder der Technik zur Herstellung von Leuchtpflanzen dafür ein Patent angemeldet. Tatsächlich reichte dies völlig aus, um die Arbeit fortzusetzen und eine Reihe von Experimenten durchzuführen.

Vortreten

Wissenschaftler müssen nicht einmal gefüttert werden, wenn sie die Möglichkeit haben, Luciferase an ein beliebiges Gen zu binden, um zu sehen, wie sie zu arbeiten beginnen und entsprechend leuchten. Dieser Ansatz funktioniert nicht wie ein Farbstoff, er erzeugt reines natürliches Licht. Ursprünglich war es nicht geplant, die Methode der leuchtenden Pflanzen für etwas Schickes anzuwenden. Nur eine Gruppe von Cambridge-Studenten kam auf eine solche Idee. Im Jahr 2010 machten sich neun Draufgänger daran, Zierpflanzen zu kreieren, die wirklich leuchten.

Junge Leute führten das Enzym zur Wiederherstellung von Luciferin in das Enzym zur Luciferin-Synthese ein (nachdem sie die Schwierigkeiten aller bisherigen Entwicklungen überwunden hatten), wobei sie die Gene des Glühwürmchens Luciola Cruciata als Grundlage nahmen. Wir haben auch eine Reihe von Verbesserungen vorgenommen. Als Ergebnis entstand ein Kolben mit Bakterien, der selbst zum Lesen genügend Licht lieferte.

Es leuchtet!

Das massive Auftreten grüner Glühwürmchen wurde durch das Treffen von Omri Amirav-Drori, dem Unternehmer Anthony Evans und dem Genetiker Kyle Taylor ermöglicht. Der Plan, den sie in San Francisco auf den Weg brachten, war eine Demonstration der Macht der Gentechnik.

Für ihre Tests wählten die Spezialisten ihre Lieblingspflanze, die Arabidopsis thaliana. Es war ein wilder Kohl, der das genetische Potenzial fast vollständig erforscht hatte. Diese Pflanze wurde sogar auf einer sowjetischen Station ins All geschossen, und die NASA plant, damit den Mond zu begrünen. Der nächste Schritt der Wissenschaftler wird es sein, eine leuchtende Rose zu erschaffen.

Da keine Unterstützung vom Staat zu erwarten war, erstellte eine Gruppe von Spezialisten auf der Website ein Kickstarter-Projekt, das etwa 60.000 US-Dollar forderte, aber dank der Popularität der Idee konnten die Jungs mehr als 400.000 US-Dollar sammeln. Allen, die bei der Entwicklung des Projekts finanziell geholfen haben, versprachen die Wissenschaftler, Samen von Pflanzen zu senden, die wachsen und zu leuchten beginnen.

Zweifel an den "Grünen"

Was ist mit Naturschützern? Anfangs reagierten sie gut auf solche Arbeiten. Denn wer viele leuchtende Bäume entlang der Straße pflanzt, spart viel Strom und reduziert die Umweltbelastung. Darüber hinaus könnten solche Pflanzen unglaublich schöne Ergänzungen zu jeder Innen- oder Landschaftsgestaltung sein. Aber beim Training schlugen die Grünen Alarm.

Nach Meinung einiger Experten kann die massive Verbreitung von Leuchtpflanzen zu einer unkontrollierten Freisetzung von GVO-Elementen in die Umwelt führen. Jeder, der dem Projekt half, konnte Glühwürmchen züchten, und es gab keinen Grund, über eine Kontrolle darüber zu sprechen. Darüber hinaus konnte die amerikanische Regierung solche Pflanzen nicht kontrollieren, da sie nicht für Lebensmittel verwendet wurden.

Unser Ziel ist unser eigenes FabLab in St. Petersburg!
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Leuchtende Pflanzen

Das Leuchten von Pflanzen im Dunkeln ist ein eher ungewöhnliches Phänomen und vielen nicht bekannt. Aber wenn Sie sich am Ende des Sommers, nach einem warmen Regen, nachts in einem seltenen Mischwald oder auf einer Lichtung mit alten Baumstümpfen von Kiefer, Fichte, Birke, Espe oder Erle wiederfinden, auf der viele Honigpilze gesammelt wurden, Sie werden dieses fabelhafte Bild mit eigenen Augen bewundern können. Schauen Sie genauer hin - und in der geheimnisvollen Stille zwischen den dunklen Silhouetten flüsternder Bäume in der Dunkelheit einer Sommernacht werden Sie magische "Lichter" sehen, die mit phosphorhaltigem Licht leuchten. Versuchen Sie, den faulen Piyu mit einem leichten Beil zu treffen oder eine dünne Rindenschicht abzuhacken: Wie die Funken zu den Seiten der "kleinen" Fäulnis fliegen. Zu Hause leuchtet so ein Fäulnis nicht lange.

Auf dem freiliegenden Holz einer solchen Fäulnis sind leicht schwarze Adern oder verzweigte dunkelbraune "Schnüre" (Rhizomorphe) zu erkennen, die in dünnen weißlichen Fäden enden - Myzel. Dies ist das Myzel von weithin bekannten Pilzen, die sich auf Holz niedergelassen haben - Herbst- oder Sommerpilze. Bei diesen Pilzen glänzt nicht die Kappe oder das Bein, sondern das Myzel, das das zerstörte Holz wie ein dünnes Netz umsponnen. Und es scheint, dass der ganze Baumstumpf oder der faule Baum glüht!

Die Sporen von Honigpilzen im Boden haben keine Angst vor einem starken Temperaturwechsel. Neben Fruchtkörpern treten im Myzel wachsende Rhizomorphe auf, die die Wurzeln von Bäumen infizieren und durch sie zu den Stämmen gelangen und eine Höhe von 2,5-3 m erreichen (Abb. 12). Das Auftreten von Myzel an einem lebenden Baum (meistens durch verletzte Rinde) führt zur Zerstörung des Holzes und seinem Tod.

Reis. 12. Honigpilz am Stamm eines Baumes, der von seinen Rhizomorphen befallen ist

Wie Sie sehen, bereiten diese Speisepilze nicht nur Freude in Form von frisch zubereiteten oder zubereiteten Lebensmitteln für die zukünftige Verwendung, sondern schaden auch der Forstwirtschaft.

Es gibt Informationen, dass in einigen Fällen ein anderer Pilz, der in der Nicht-Schwarzerde-Region verbreitet ist, eine Lumineszenz aufweist - eine echte Buttermilch, insbesondere wenn sein Fruchtkörper bereits überreif ist und zu kollabieren beginnt.

Die Wasseroberfläche von Bottichen und Schalen von Blumentöpfen in Gewächshäusern und Gewächshäusern ist oft mit den nur unter dem Mikroskop sichtbaren sogenannten Goldalgen (Chromophyton Rosanoffii) bedeckt, deren Zoosporen bei gerichteter Beleuchtung einen spektakulären goldenen Glanz geben. Aufgrund des Vorhandenseins eines Chromatophors in jeder Zoospore und seiner Fähigkeit, sich mit der reflektierenden Kugeloberfläche in Richtung des Lichtstroms zu orientieren, tritt die stärkste Blendung auf, wenn der Wasserspiegel im kleinsten spitzen Winkel dazu betrachtet wird. Schaut man von oben senkrecht auf das Wasser, erscheint die Algenblüte farblos und glänzt überhaupt nicht. Dieser Effekt ist jedoch nicht mehr auf sein eigenes Leuchten zurückzuführen, sondern nur noch auf das Einfangen von Licht und seine gerichtete Reflexion.