Сяючі рослини в природі. Бізнес-ідея: світяться квіти. Ціна матеріалів і їх витрата

Собака Баскервілів, своїм світловим в темряві оскалом довела до смерті сера Чарльза Баскервілів і мало не забив Генрі Баскервиля в романі Артура Конан Дойла, була звичайною собакою. Світилася вона тільки завдяки злого наміру і фосфору на морді. Однак живі організми, самостійно світяться в темряві, дійсно існують.

Бактерії, медузи, молюски, планктон, світлячки, скорпіони, гриби (в тому числі і звичні опеньки). Сьогодні вченим відомо більше восьми сотень світяться живих організмів. Більшість з них мешкає в морях і океанах. Але ось представників царства Флори, що володіють здатністю до біолюмінесценції, вчені поки не виявили. Однак людина не звикла чекати милостей від Природи: якщо вона з якоїсь причини «не додумалася» зробити світяться рослини, «вінець творіння» готовий сам взятися за цю справу.

«Bioglow» - компанія, яка створила концепт світиться рослини

У природі немає світяться рослин, тому що рослини не потребують біолюмінесценції. У мікросвіті світіння - це побічне явище при травленні: нейтралізація активного кисню ферментами бактерій при розщепленні глюкози. Світлячки і маленькі кальмари-ватазеніі використовують світло для залучення партнерів, медузи - як шокової захисту від тих, хто намагається їх з'їсти.

Також є мисливці, які залучають своїх жертв світінням власного тіла. А деякі види глибоководних коралів, на думку вчених, здатні слабкий короткохвильовий світло, що проникає в глибину, трансформувати в більш яскраві спалахи. Це явище використовується як фітоподсветка для можливості фотосинтезу симбіотичних колоній водоростей, що живуть в коралових заростях.

Рослинам світитися ні до чого. Тому потрібно втручання генної інженерії, десятиліття роботи і солідні капіталовкладення. Хлоропласти рослин - напівавтономні пластиди, існуючі в симбіозі з рослинами. Відповідно до гіпотези, колись вони були самостійними, як і родинні хлоропластам ціанобактерії, здатні до світіння. Олександр Кричевський (Сент-Луїс, США) - фахівець в двох областях: вивченні явища біолюмінесценції морських бактерій і мікробіології рослин. У вченого виникла думка про об'єднання двох добре знайомих йому дисциплін, що він і зробив, створивши біотехнологічну компанію «Bioglow, Inc».

Starlight Avatar: втілення зоряного світла

Компанією Олександра Кричевського був створений концепт світиться рослини - «Starlight Avatar®».

Світіння Starlight Avatar (рослини тютюну) засновано на впровадженні в геном рослини частини гена світлячка - молекули люціферази. Щоб Starlight Avatar світився, необхідний каталізатор - реакція світіння відбувається при окисленні люціферази під дією кисню в присутності ферменту люциферина. Люциферин містився в живильному середовищі, в якій вирощувалося рослина.

Світіння нового покоління генно-модифікованих рослин (ліворуч) в порівнянні з Starlight Avatar (праворуч). Фото з сайтуbioglowtech.com
У 2014 році на аукціоні компанією Bioglow було продано двадцять екземплярів світяться Starlight Avatar, що ростуть в спеціальних контейнерах. Поки цей світ дуже слабкий, але лабораторія Олександра Кричевського працює над збільшенням яскравості.

Поки - з області фантастики

У планах Bioglow - створення рослин, які не тільки зможуть прикрасити ландшафт вночі, але і допоможуть заощадити на вуличному освітленні. Але поки що світяться рослини - це з області фантастики. Starlight Avatar випромінює світло, тільки якщо його поливати відповідним розчином.

Російські вчені, що працюють над дослідженням біолюмінесценції і створенням самостійно світяться рослин в лабораторії біомолекулярної спектроскопії Інституту біоорганічної хімії Російської Академії наук під керівництвом Іллі Ямпільського, вважають, що поки ще рано планувати клумби на своїх ділянках з урахуванням світяться в темряві троянд або півоній і викорчовувати живопліт , щоб поміняти її на світиться.

Вони називають біолюмінесценцію рослин одним з найбільш амбітних проектів: «Ідеальний варіант, який поки не вдався нікому, включає в себе розшифровку усього шляху біосинтезу люциферина, який може бути багатоетапним процесом за участю великої кількості білків. Потім - вбудовування в геном іншого організму генів, що кодують всі ці білки і люціферази. На даний момент розшифровано біосинтез тільки бактеріального люциферина, однак ця система важко адаптується до рослин і тварин. І реалізація такого підходу є малоймовірною ».

Насіння світяться квітів поки ще купити не можна (якщо ви, звичайно, не заплатили 40 $ за гіпотетичну можливість отримати насіння генно-модифікованої резуховидки Таля в краудфандінговом проект). Але не турбуйтеся: зате можна придбати штучні світяться камені - для декору доріжок на своїй ділянці, створення альпійських гірок, видимих ​​і в темряві, і навіть для обробки фасаду будинку. Ну, або на крайній випадок - хоча б для декорування акваріума.

Ідея вчених з Массачусетського інженерного інституту увінчалася успіхом і тепер існують рослини, які світяться. З їх допомогою будуть висвітлюватися вулиці.

Американським генним інженерам спільно з нанотехнологій вдалося вивести світяться рослини. Експерименти проводилися над зразками водяного крес або жерухи звичайної - полуводного рослини сімейства капустяних.

Щоб домогтися світіння в рослини ввели пігменти-люцефіріни, спеціальний фермент-окислювач схожий на гени світлячків і світяться бактерій. Транспортувалися в тканини рослини ці елементи за допомогою наночасток кремнію. Потрапляючи в рослини, вони вступають в реакцію, в результаті якої починається виділятися енергія і рослина світиться.

Генні модифікація і експерименти з генами не проводилися. Учені пішли іншим шляхом і стали просто вводити в рослину потрібні частинки. Рослина вимочується в розчині, створюється високий тиск, і частинки через мікропори проникають в рослину.

Звичайно відразу ж встали етичні питання. Чи не шкідливо це для рослин і не порушується при цьому нормальне їх функціонування. Вчені відразу запевнили еко-захисників, що це не шкідливо.

До складу вводяться елементів входить також особливий кофермент, здатний виводити шкідливі речовини, що виходять в результаті окислення.

Застосування світяться рослин

Навіщо ж придумали таке «чудо» - рослина і де воно може допомогти? У природі рослин, які світяться, немає. Лише поодинокі живі організми мають здатність світитися.

За задумом дослідників такі рослини виводилися для того, щоб з їх допомогою освітлювати вулиці вночі без ліхтарів. Люмінесцентні частки будуть таким чином циркулювати в рослині, щоб в темний час доби вони світилися.

Якщо експеримент повністю вдасться, то можна буде економити на електроенергії. За даними статистики на освітлення вулиць витрачатися майже 20% всього видобутого електрики.

На даному етапі це неможливо, і виведені рослини хоч і світяться, але повноцінно замінити освітлювальні прилади не можуть. Читати під ними, не напружуючи зір, неможливо. Поки їх світла достатньо щоб освітити доріжку пішоходам або навіть проїжджу магістраль.

Перші зразки світилися всього 45 хвилин, потім вдалося досягти 4х годинного світіння. Вчені хочуть досягти результату, коли рослини будуть світитися все своє життя. Плюс доставку реагентів теж хотілося б спростити, і зробити щось на кшталт спрею.

Вчені поступово нарощують потужність світиться трави, і можливо в найближчому майбутньому світиться трава зможе стати повноцінним джерелом світла.

Як об'єкт «підсвічування» вчені вибрали улюблене модельне рослина генетиків - непоказну резуховидки Таля Arabidopsis thaliana. Якщо з ним все пройде успішно, то на наступному етапі біологи обіцяють змусити світитися троянду.

Цікаво, що ніяких дозволів для роботи «біохакери», як прозвала їх преса, не потрібно. Автори проекту кажуть, що за законами США світяться рослини не підпадають під регулювання: вони не призначені для вживання в їжу ні для людини, ні для тварин, а федеральне аграрне агентство APHIS (Animal and Plant Health Inspection Service) цікавиться тільки способом внесення трансгенів. Якщо гени люціферазной системи будуть внесені в рослину методом, в якому не використовуються патогени (спочатку передбачалося використовувати для цього умовно патогенну Agrobacterium), APHIS не зможе втручатися в роботу Еванса і його колег.

З'явилася, крім профільної екоактівістской преси, в The Guardian. Найактивніше повела себе канадська організація ETC Group - вона спробувала організувати громадську кампанію, покликану натиснути на Kickstarter з метою не давати фінансування «біохакери».

Складно сказати, чи зможуть Еванс з соратниками подолати опір і в термін доставити насіння ентузіастам, які підтримали проект. Поки здається, що у них на це набагато більше шансів, ніж у AquaBounty з їх багатостраждальним лососем. Адже «біохакери», на відміну від AquaBounty, Monsanto і інших біотехнологічних компаній, доведеться боротися не з американської бюрократією в вигляді FDA, а з громадською думкою і екоактивісти, які, на щастя чи на жаль, поки не настільки могутні.

Всі любителі кінострічки «Аватар», напевно, звернули увагу на дивні світні рослини джунглів Пандори. Але зараз це вже не фантастика, зовсім недавно вчені винайшли рослини, здатні яскраво світитися вночі.

перші прототипи

Перші такі зразки вдалося отримати команді Стівена Хоувелл ще в 1986 році. Шляхом генного модифікування звичайної морквини і тютюну, вони стали містити одну люціферази (область рослин, що відповідає за люмінесценцію), але зате в рослинах був відсутній люциферин (пігмент який світиться). Вся складність лежала в тому, що щоб отримати люціферази потрібно було додати в ДНК одиничний ген, але щоб отримати люцеферін потрібна була ціла їх сукупність. В результаті рослини, які створили таким шляхом, вимагали обробки люцефіріном або додати в грунт. Це можна побачити і по фотографіях таких рослин, на яких у тютюну набагато яскравіше світяться коріння і стебла, за якими йде світиться фермент.

Перше рослина, яке могло світитися самостійно, було створено тільки в 2010 році. Вчені з Ізраїлю і США придумали спосіб змусити рослини виробляти люцефірін самостійно. Для цього вони додали ген від бактерій Photobacterium leiognathi. До того ж ген від бактерії був вбудований в ген хлоропласта, для того щоб він не зміг віддаватися з пилком.

Але такі рослини світилися незначно, щоб побачити ефект потрібно було робити фотографії з великою витримкою. Така ситуація була пов'язана з не приживлюваністю генів в чужому організмі. Проте, творець методики виробництва світяться рослин зареєстрував патент на них. Адже для того щоб продовжити роботу і провести ряд дослідів, цього було цілком достатньо.

Крок вперед

Наукових співробітників навіть можна не годувати, якщо дати їм можливість приєднати люціферази до будь-якого гену, щоб побачити, як вони починають працювати і відповідно світитися. Такий підхід не працює як барвник, він дає чистий натуральний світло. З самого початку не планувалося застосувати методику світяться рослин для чогось шикарного, Тільки групі студентів Кембриджа прийшла в голову така ідея. У 2010 році дев'ять сміливців задалися думкою створити декоративні рослини, які будуть світитися по справжньому.

Молоді люди внесли в фермент синтезу люциферина фермент його відновлення (перемігши труднощі всіх попередніх розробок), в якості основи взявши гени світляка Luciola cruciata. Зробили ще ряд удосконалень. Як результат було створено колба з бактеріями, які давали досить світіння навіть для читання.

Воно світиться!

Масова поява зелених світляків стало можливим через зустрічі Омрі Аміран-Дрора, підприємця Ентоні Еванса і вченого генетика Кайла Тейлора. Запущений ними в Сан-Франциско план був демонстрацією можливостей генної інженерії.

Для своїх тестів фахівці вибрали улюблена рослина резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana). Це була дика капуста, яка мала практично повністю вивчений генетичний потенціал. Ця рослина навіть запускалося в космос на радянську станцію, а Насса планує озеленити з його допомогою місяць. Наступним кроком учених буде створення світиться троянди.

Так як підтримки з боку держави очікувати не доводилося, група фахівців створила на сайті кікстартер проект який вимагав близько 60 000 $, але завдяки популярності ідеї, хлопці змогли набрати більше 400 000 $. Всім хто допоміг у розвитку проекту фінансово, вчені пообіцяли прислати насіння рослин які виростуть і стануть світитися.

Сумніви «зелених»

Що ж на рахунок захисників природи? Спочатку вони добре реагували на такі роботи. Адже якщо посадити по вулиці масу світяться дерев, можна заощадити море електроенергії і скоротити забруднення навколишнього середовища. Мало того, такі рослини могли б стати неймовірно красивими доповненнями для будь-якого інтер'єру або ландшафтного дизайну. Але коли справа дійшла до практики, зелені забили тривогу.

За словами деяких фахівців, масове поширення світяться рослин здатне привести до неконтрольованого викиду в навколишній світ ГМО елементів. Кожен допоміг проекту міг вирощувати світляки і говорити про якийсь контроль за цим не доводилося. Тим більше уряд Америки не могло здійснювати контроль таких рослин, так - як вони не вживалися в їжу.

Наша мета - свій ФабЛаб в Санкт-Петербурзі!
Слідкуйте за новинами!

Сяючі рослини

Світіння рослин в темряві - явище досить незвичне і не всім відоме. Але якщо ви в кінці літа після теплого дощу опинитеся вночі в рідкісному змішаному лісі або на галявині зі старими пнями сосни, ялини, берези, осики або вільхи, де неодноразово збирали опеньки, то зможете на власні очі намилуватися цієї казкової картиною. Придивіться уважніше - і в таємничій тиші серед темних силуетів перешіптуються дерев в темряві літньої ночі побачите чарівні "вогники", що світяться фосфоричним світлом. Спробуйте вдарити легким сокиркою по гнилому пию або відколоти тонкий шар кори: як іскри розлетяться в сторони "вогники" -гнілушкі. У домашніх умовах така Гнилиця світиться недовго.

На оголеною деревині такий гнилушки неважко помітити чорні прожилки або розгалужені темно-бурі "шнури" (різоморфи), що закінчуються тонкими білими нитками - міцелієм. Це грибниця оселилися на деревині широко відомих грибів - опенка осіннього або річного. У цих грибів світяться не капелюшок і не ніжка, а міцелій, обплітають, як тонкої павутиною, зруйновану деревину. А створюється враження, що світиться весь пень або гниле дерево!

Знаходяться в грунті суперечки опеньків не бояться різкої зміни температури. Крім плодових тіл в грибниці з'являються розростаються різоморфи, які заражають коріння дерев і через них переходять на стовбури, піднімаючись на висоту до 2,5-3 м (рис. 12). Поява грибниці на живому дереві (найчастіше через травмовану кору) призводить до руйнування деревини і його загибелі.

Мал. 12. Опеньок на стовбурі дерева, ураженого його різоморфамі

Як бачите, ці їстівні гриби доставляють не лише задоволення у вигляді свіжоприготованою або заготовленої про запас їжі, а й завдають шкоди лісовому господарству.

Є відомості, що в деяких випадках світінням володіє ще один поширений в Нечорнозем'я гриб - Маслеников справжній, особливо коли його плодове тіло вже перезріло і починає руйнуватися.

Водна поверхня чанів та піддони квіткових горщиків в оранжереях і теплицях часто покриваються видимої лише під мікроскопом так званої золотої водорістю (Chromophyton Rosanoffii), зооспори якої при направленому освітленні дають ефектний золотистий відблиск. Завдяки наявності в кожній Зооспори хроматофора і її здатності орієнтуватися відбиває сферичною поверхнею в, сторону потоку світла, найбільш інтенсивне відсвічування відбувається при розгляданні дзеркала води під найменшим гострим кутом до неї. Якщо ж дивитися на воду зверху перпендикулярно, наліт водоростей здається безбарвним і зовсім не дає блиску. Але цей ефект відбувається вже не за рахунок власного світіння, а тільки завдяки уловлювання світла та надісланим відображенню його.