Choć jesteśmy przekonani o wyższości zwierząt nad roślinami – ostatecznie do tych pierwszych sami się zaliczamy – przy tworzeniu nowych technologii dużo łatwiej jest kopiować „zielone” wynalazki. „Rośliny korzystają z bardzo prostych elementów, takich jak woda i  celuloza. Łatwiej więc się od nich uczyć i wdrażać to w życie. Jeśli zatem znajdziemy coś, co rośliny robią bardzo dobrze, możemy to zastosować niemal natychmiast” – wyjaśnia prof. Jacques Dumais z Harvard University w USA. 

To nowość dla specjalistów od biomimetyki – działu nauki zajmującego się przeno-szeniem pomysłów przyrody w świat ludzkiej techniki. Do niedawna bowiem woleli oni podpatrywać zwierzęta, uważając rośliny za zbyt proste i „niemrawe”. Niesłusznie. Nawet brak ruchu u roślin to tylko pozór. „Potrafią np. skakać. I nie ma większej różnicy w szybkości między zwierzętami, które wyewoluowały do skakania, jak pchła czy żaba, a roślinami” – mówi prof. Dumais. Ów badacz opublikował właśnie pracę o skocznych ruchach iglicy pospolitej (Erodium cicutarium). 

Skacz, skacz, nasionko!

Pierwotnie ta roślina z rodziny bodziszkowatych występowała w Europie i Azji. W XVIII wieku zawleczono ją do Ameryki Północnej, gdzie stała się gatunkiem inwazyjnym. W Polsce rośnie na miedzach, polach i  rumowiskach. Gdy jej liliowe kwiaty zostaną zapylone, przekształcają się w suche owocki – rozłupnie. W każdym z nich tkwi pięć nasion zaopatrzonych w długi ogon zwany ością. „Kiedy ości są mokre, stają się wyprostowane. Kiedy wysychają, skręcają się jak korkociąg. Ten ruch odbywa się eksplozywnie i  zajmuje ledwie ułamek sekundy” – opowiada prof. Dumais. 

Nasiona wyskakują wówczas z rozłupni na wysokość blisko metra i rozsypują się dookoła. A to dopiero początek. Skoczny mechanizm może bowiem być używany wielokrotnie. Gdy nasiona leżą na ziemi, nocą ponownie nasiąkają wodą, więc ich ogonki prostują się. W ciągu dnia słońce wysusza je i znów dochodzi do gwałtownego skrętu ości. Tym razem nasionko wykorzystuje ten ruch, by wkręcić się w glebę. Jeśli mu się nie uda za pierwszym razem, będzie to powtarzać do skutku. „Niektóre z nasion iglicy mam od paru lat i wciąż są w stanie to robić. To piękne przystosowanie ewolucyjne!” – mówi prof. Dumais.

Taka trwałość mechanizmu jest możliwa dzięki temu, że ruch wywołują wyłącznie martwe komórki. Sekret tkwi w ułożeniu włókien celulozy, tworzącej ścianę komórkową w nasionach. Gdyby udało się to skopiować, można by ten mechanizm wykorzystać do budowy elementów takich jak np. wyjątkowo wytrzymałe sprężyny.

Kwiatowe zawiasy

Prof. Dumais nie próbował jeszcze zainteresować swoim pomysłem inżynierów. Ten etap ma już za sobą prof. Thomas Speck z niemieckiego Universität Freiburg. Jego zespół badawczy analizował ruch zawiasowy strzelicy, zwanej też strelicją królewską (Strelitzia reginae). Ta roślina z Ameryki Południowej zafascynowała ich dużymi pięknymi i  przede wszystkim bardzo sprytnymi kwiatami. Są one doskonale przystosowane do tego, by zwabiać ptaki, częstować je nektarem i przy okazji zmuszać do przenoszenia ich pyłku. Dwa zrośnięte ze sobą płatki strelicji tworzą coś w rodzaju małej grzędy. Na tej wygodnej podstawce siada ptak. Pod jego ciężarem żerdka ugina się, co jednocześnie prowadzi do wysunięcia się schowanych do tej pory pręcików, które przyklejają ziarna pyłku do nóg ptaka. Gdy gość napije się nektaru i  odleci w  poszukiwaniu kolejnych porcji pożywienia, grzęda unosi się, a pręciki chowają między płatkami. 

Ten mechanizm może działać wielokrotnie – aż do zapylenia i zwiędnięcia kwiatu. I choć naukowcy najczęściej mówią tu o ruchu zawiasowym, tak naprawdę w roślinie nie ma żadnych zawiasów. I to jest największa zaleta. Zawiasy bowiem – zwłaszcza te nieduże, które wchodzą w skład parasolek czy rolet – z czasem ścierają się. Ich konserwacja staje się coraz bardziej kosztowna, a w końcu należy je wymienić na nowe (albo wyrzucić do kosza zużyty parasol). Dla strzelicji to jednak nie problem. Na podstawie jej pomysłowego mechanizmu zespół prof. Specka wraz z inżynierami opracował produkt, który ma postać elastycznych, pozbawionych zawiasów warstewek. Potrafi on lekko zginać się w jedną i drugą stronę, więc spokojnie może zastąpić znane nam zawiasy. „Po raz pierwszy zostanie wykorzystany do pokrycia 30-metrowego budynku na wystawie Expo 2012 w Korei. Na rynku pojawi się za jakieś trzy lata” – chwali się prof. Speck. 

Zapchajdziura z pnącza

Oba pomysły na innowacje techniczne zaczęły się od obserwacji przyrody. Taki proces określa się mianem „z dołu do góry” (bottom-up). „Od pojawienia się idei do wyprodukowania prototypu mija w tym wypadku około 5–7 lat” – mówi prof. Speck. Prace idą dużo szybciej, gdy pomysł wychodzi od inżynierów (to proces „z góry na dół”, czyli „top-down”). „Inżynierowie sami przychodzą do nas z problemem, a właściwie z wyzwaniem” – śmieje się uczony. „Chcą wiedzieć, czy biologia może im w tym pomóc. Jeśli znajdziemy rozwiązanie, budowa prototypu nowego urządzenia zajmuje rok, dwa lata, czasem nawet mniej” – dodaje.