экономия на освещении улиц и стильный ландшафтный дизайн
Собака Баскервилей, своим светящимся в темноте оскалом доведшая до смерти сэра Чарльза Баскервиля и чуть было не уморившая Генри Баскервиля в романе Артура Конан Дойла, была обыкновенной собакой. Светилась она только благодаря злому умыслу и фосфору на морде. Однако живые организмы, самостоятельно светящиеся в темноте, действительно существуют.
Учёные пытаются создать светящиеся растения
Бактерии, медузы, моллюски, планктон, светлячки, скорпионы, грибы (в том числе и привычные опята). Сегодня учёным известно более восьми сот светящихся живых организмов. Большинство из них обитает в морях и океанах. Но вот представителей царства Флоры, обладающих способностью к биолюминесценции, учёные пока не обнаружили. Однако человек не привык ждать милостей от Природы: если она по какой-то причине «не додумалась» сделать светящиеся растения, «венец творения» готов сам взяться за это дело.
«Bioglow» – компания, создавшая концепт светящегося растения
В природе нет светящихся растений, потому что растения не нуждаются в биолюминесценции. В микромире свечение – это побочное явление при пищеварении: нейтрализация активного кислорода ферментами бактерий при расщеплении глюкозы. Светлячки и маленькие кальмары-ватазении используют свет для привлечения партнёров, медузы – в качестве шоковой защиты от тех, кто пытается их съесть.Светящийся от планктона океан
Также есть охотники, привлекающие своих жертв свечением собственного тела. А некоторые виды глубоководных кораллов, по мнению учёных, способны слабый коротковолновый свет, проникающий в глубину, трансформировать в более яркие вспышки. Это явление используется как фитоподсветка для возможности фотосинтеза симбиотических колоний водорослей, живущих в коралловых зарослях.
Растениям светиться ни к чему. Поэтому потребовалось вмешательство генной инженерии, десятилетия работы и солидные капиталовложения. Хлоропласты растений – полуавтономные пластиды, существующие в симбиозе с растениями. Согласно гипотезе, когда-то они были самостоятельными, как и родственные хлоропластам цианобактерии, способные к свечению. Александр Кричевский (Сент-Луис, США) – специалист в двух областях: изучении явления биолюминесценции морских бактерий и микробиологии растений. У учёного возникла мысль об объединении двух хорошо знакомых ему дисциплин, что он и сделал, создав биотехнологическую компанию «Bioglow, Inc».
Starlight Avatar: воплощение звездного света
Компанией Александра Кричевского был создан концепт светящегося растения – «Starlight Avatar®».Starlight Avatar — светящееся растение табака. Фото с сайта bioglowtech.com
Свечение Starlight Avatar (растения табака) основано на внедрении в геном растения части гена светлячка – молекулы люциферазы. Чтобы Starlight Avatar светился, необходим катализатор – реакция свечения происходит при окислении люциферазы под действием кислорода в присутствии фермента люциферина. Люциферин содержался в питательной среде, в которой выращивалось растение.
Свечение нового поколения генно-модифицированных растений (слева) в сравнении с Starlight Avatar (справа). Фото с сайта bioglowtech.com
В 2014 году на аукционе компанией Bioglow было продано двадцать экземпляров светящихся Starlight Avatar, растущих в специальных контейнерах. Пока этот свет очень слабый, но лаборатория Александра Кричевского работает над увеличением яркости.
Пока – из области фантастики
В планах Bioglow – создание растений, которые не только смогут украсить ландшафт ночью, но и помогут сэкономить на уличном освещении. Но пока светящиеся растения – это из области фантастики. Starlight Avatar испускает свет, только если его поливать соответствующим раствором.Российские учёные, работающие над исследованием биолюминесценции и созданием самостоятельно светящихся растений в лаборатории биомолекулярной спектроскопии Института биоорганической химии Российской Академии наук под руководством Ильи Ямпольского, считают, что пока ещё рано планировать клумбы на своих участках с учётом светящихся в темноте роз или пионов и выкорчёвывать живую изгородь, чтобы поменять её на светящуюся.
Они называют биолюминесценцию растений одним из самых амбициозных проектов: «Идеальный вариант, который пока не удался никому, включает в себя расшифровку всего пути биосинтеза люциферина, который может быть многоэтапным процессом с участием большого числа белков. Потом – встраивание в геном другого организма генов, кодирующих все эти белки и люциферазу. На данный момент расшифрован биосинтез только бактериального люциферина, однако эта система тяжело адаптируется к растениям и животным. И реализация такого подхода представляется маловероятной».
Дорожка со светящимся гравием. Фото с сайта passages-ivm.com
Семян светящихся цветов пока ещё купить нельзя (если вы, конечно, не заплатили 40 $ за гипотетическую возможность получить семена генно-модифицированной резуховидки Таля в краудфандинговом проекте GLOWING PLANTS). Но не расстраивайтесь: зато можно приобрести искусственные светящиеся камни – для декора дорожек на своём участке, создания альпийских горок, видимых и в темноте, и даже для отделки фасада дома. Ну, или на крайний случай – хотя бы для декорирования аквариума.
история исследований с 1986 года
Интернет пестрит новостями о том, что американские ученые при помощи генной инженерии создали светящиеся растения. Многочисленные сайты, в том числе довольно популярные ресурсы проводят аналогию с фильмом «Аватар» и выдвигают предположения о том, что светящиеся растения скоро будут выступать вместо светильников.
Однако стоит отметить, что широкое распространение таких растений и получения от них достаточно яркого света — все еще в отдаленном будущем.
Краткая история светящихся растений
1986 год
Первый эксперимент по люминесцентным растениям был проведен в 1986 году группой американских ученых и исследователей.
В качестве добавочного (репортерного) гена была использована люцифераза, которая необходима для реакции биолюминесценции у многих живых организмов — например, светлячка Photinus pyralis — и получила растение, которое благодаря добавлению люциферина (субстрата реакции) и АТФ (аденозин трифосфат), продуцирует тусклый свет.
Первая часть эксперимента была направлена на проверку активности гена люциферазы, ответственного за синтез luciferase enzyme, в растительных клетках. Конструкцию комплементарной ДНК (кДНК) вводили в протопласты — свободные от стенок клетки.
Исследователи заметили, что конструкция (pDO432), содержащая весь ген люциферазы, плюс промотор и терминатор nos, была наиболее эффективной для трансформации.
Конструкцию pDO432 вставляли в плазмиду, которая вводилась в протопласты с электропорацией. Через 24 часа ученые проанализировали результаты с помощью люминометра и наблюдали испускание тусклого света, когда они добавляли люциферин в качестве реакционного субстрата. Но без реагента они не могли обнаружить никакой люминесценции.
Кроме того, растение светилось неравномерно. Корни и стебли показали большую интенсивность света, чем листья. Более молодые органы излучали больше света, чем более старые.
Эксперименты, проведенные в 1986 году, были актуальны не только для автолюминесцентных растений, но и для исследования ДНК и экспрессии генов. Люцифераза была использована во многих исследованиях, в качестве гена — маркера.
Эксперимент 1986 года помогло обнаружить активность люциферазы в растениях, а также позволило кодифицировать излучение света как маркер. Однако у него есть два основных недостатка: количество света было слишком низким для обнаружения невооруженным глазом (исследователи использовали люминометр), плюс для получения люминесценции требовалось добавление реагента.
2010 год
В 2009 году вышел фильм «Аватар». Возможно, вдохновившись фантастически красивыми светящимися растениями Пандоры ученые вновь вернулись к попыткам получения светящихся растений. Но скорее всего это произошло за счет снижения стоимости технологий. По данным Национального научно-исследовательского института генома человека затраты на секвенирование ДНК быстро снижаются. В 2001 году цена базовой пары составляла 10 000 $, в 2011 году — всего 0,1 $.
Это означает, что цена на чтение и запись ДНК-последовательностей упала сто тысяч раз за десять лет. Синтетическая биология выиграла от этого: более низкие затраты стали причиной появления многих стартапов, направленных на применение этой новой технологии в таких областях, как биотопливо, здравоохранение, питание и многое другое. Одним из проектов, которые сейчас возможны благодаря биотехнологиям, является разработка светящихся растений.
В 2010 году группа ученых провела эксперимент с целью получения полного автолюминесцентного растения, то есть растения, способного светиться без применения реагентов. Ученые использовали механизм биолюминесценции морских бактерий P. leiognathi . Они вставили опероны, отвечающие за люминисценцию в геном хлоропластов табака Nicotiana tabacum
Исследования, проведенные в 2010 году, достигли важного результата: впервые было получено автолюминесцентное растение, свет которого был замечен невооруженным глазом в темноте. Потенциальные возможности этого эксперимента многочисленны и в значительной степени еще не изучены. Ученые поняли, что механизм, позволяющий растениям табака приобретать биолюминесценцию, типичную для морской бактерии, распределяется между всеми растительными видами. Следовательно, один и тот же процесс может быть применен к другим растениям. Учитывая, что световая эмиссия может быть изменена с использованием разных промоторов и что цвет может быть изменен, а также части растения, на котором выражена люминесценция, ожидается, что эти исследования будут способствовать созданию большого числа новых видов в растениеводстве.
Доктор Александр Кричевский является одним из исследователей, участвовавших в эксперименте на аутолюминесцентном табаке в 2010 году. Следовательно, к достижениям он применил ту же процедуру к Nicotiana alata и другим растениям в пределах одной семьи с целью производства автолюминесцентных растений. Он сотрудничал с предпринимателем Талем Эйдельбергом, и вместе они основали стартап Bioglow , который в 2013 году коммерциализировал первое автолюминесцентное растение под названием Starlight Avatar.
Особенности этого растения сопоставимы с табачным растением, полученным в результате экспериментов. Идеальная температура для его роста составляет около 25 ° C, она предназначена для помещений и средняя продолжительность жизни составляет от двух до трех месяцев. В настоящее время команда исследователей Bioglow Tech, ныне компания Gleaux работает над новым поколением автолюминесцентных растений.
У них есть две основные цели: улучшение светового излучения и разработка новых сортов с различными видами и различного цвета люминесценции.
Нельзя сказать насколько хорошо прошла монетизация проекта. Каждый мог купить светящийся табак Celestine™ на сайте http://gleaux.us/welcome-to-gleaux/ всего за $ 59.99. Срок жизни светящегося растения 2-3 месяца. Возможно, короткий срок жизни и трудности с выживанием генномодифицированных ростков стали причиной того, что светящиеся растения не появились на каждом подоконнике. В официальных пабликах кампании последние записи датируются июлем 2017 года. И сообщают о том, что светящемуся растению не нравятся летние месяцы (слишком тепло). И что компания ищет новые способы отправки растения в горшках.
В данный момент попытки оформить заказ на сайте заканчиваются неудачей.
Все фотографии полученного в 2010 году светящегося растения делаются на высокой выдержке и свет, получаемый от растений достаточно тусклый. Его явно не хватит для чтения или выполнения работ. Celestine ™ может выполнять только декоративную функцию.
2013 год
Светящиеся растения — это организация, финансируемая в Калифорнии в 2013 году Энтони Эвансом и Кайлом Тейлором. Их отправной точкой стал эксперимент 2010 года.
В 2013 был также разработан проект, организованный Кембриджским университетом и названный iGEM. Исследователи ввели гены, ответственные за люминесценцию в светлячке, в бактерии Escherichia coli. Впоследствии они вставили оперон, взятый из морских бактерий под названием Vibrio fischeri, в другую кишечную палочку.
Результаты показали, что света было достаточно, чтобы позволить считывать текст, используя только бактерии в качестве источника света. Самое главное, им удалось получить разные цвета люминесценции.
У Эванса и Тейлора была идея объединить результаты к эксперимента, проведенного над табаком — с проектом iGEM, с целью создания растения светящегося без реагентов и максимального увеличения яркости их света.
В апреле 2013 года они начали онлайн-сбор средств, используя сайт kickstarter , чтобы финансировать производство светящихся растений, и собрали почти полмиллиона долларов. Пять месяцев спустя они основали организацию Glowing plant. Цель состояла в том, чтобы принести пользу окружению, которое росло вокруг них и их продукта, монетизировать продукт, и тем самым получить средства на продолжение ислледования, чтобы еще больше улучшить люминесценцию и разработать новые продукты. Они получили 120 000 долларов, финансируемых Y Conbinator, организацией людей, которые решили создать резервные копии стартапов, в которых они видят потенциал. Люди вкладывали деньги, ожидая получить семена и саженцы светящихся растений. На сайте glowingplant.com (в данный момент сайт не доступен) должен был появиться интернет-магазин, торгующий семенами и саженцами автолюминесцентных растений (Arabidopsis thaliana) и наборы для разработчиков для тех, кто хотел бы попробовать и воспроизвести эксперимент самостоятельно и получить свои собственные автолюминесцентные растения.
Но светящиеся растения, обещанные инвесторам, так и появились на свет. По крайней мере в массовом варианте. Ученым не удалось оправдать все ожидания и достичь результата, который можно было бы монетизировать. Однако им удалось создать платформу для обеспечения более дешевой, быстрой и лучшей генной инженерии растений. Как отмечает Эванс — если кто-то может и хочет продолжить исследования, его компания с радостью поделиться результатами.
«Одна из самых главных причин прекращения разработки, заключается в том, что нам не удалось встроить все шесть генов в растение. Пока неясно, вызвано ли это токсичностью генов или проблемами с правильным встраиванием такой большой конструкции. Мы думаем, что вторая гипотеза более вероятна, поэтому мы надеемся, что кто-то еще будет заинтересован в попытках вставить гены. Если вы заинтересованы в том, чтобы взять ДНК, которую мы создали, и работать над преобразованиями, пожалуйста, свяжитесь с нами [email protected], чтобы мы могли отправить его вам. Мы надеемся, что кто-то еще сможет продолжить исследования, опираясь на то, что мы сделали.»
На сайте проекта Kikstarter. Была размещена новость, что работа над светящимся растением приостановлена. https://www.kickstarter.com/projects/antonyevans/glowing-plants-natural-lighting-with-no-electricit/posts/1786250
Здесь же можно найти ответы на вопросы инвесторов по поводу возмещения инвестиций или условий получения набора для самостоятельного продолжения работ. Анонсировано новое направление разработок компании — ароматный мох. Предполагалось, что этот мох сможет заменить искусственные освежители воздуха.
Мох намного проще, чем растение Arabidopsis, которое команда использовала для создания светящегося растения. У мха также более простой геном и более короткий жизненный цикл, который сокращает время, необходимое для проведения экспериментов.
Но не все инвесторы, судя по комментариям https://www.kickstarter.com/projects/antonyevans/glowing-plants-natural-lighting-with-no-electricit/posts/1786250 довольны тем, что вместо светящегося растения они получат ароматный мох. Эванс надеется, что разработка может быть интересна крупным парфюмерным компаниям.
Как признает Эванс: «Было неправильно обещать что-то, когда существуют такие высокие технические риски».
Последние записи на kickstarter датируютя июнем 2017 года. В частности, в них сообщаются, что разработки ароматного мха тоже приостановлены, т.к. имеющийся у компании в производстве мох загрязнен генами устойчивости к гербицидам.
2017 год
- Май. Китайские ученые также получили светящиеся растения. Выделив отвечающие за биолюминесценцию генетические последовательности из светящихся морских существ, а затем интегрировав их в геном табака.
- Декабрь. Ученым из Массачусетского технологического института удалось заставить некоторые растения светиться.
Но в MIT (команда Майкла Страно.) методика совершенно иная. Если команда Glowing Plants (команда Эванса) опиралась на генетические модификации, то в данном случае ученые хотят просто интегрировать светоносные белки прямо в растения. Согласно их прогнозам, в ближайшее время они смогут увеличить яркость растений и улучшить текущий метод имплантации белков. Сейчас белки попадают в листву после замачивания в растворе, полном наночастиц, под высоким давлением, а также в напылении и специальном окрашивании.
Ванна для введения наночастиц через устьичные щели растений при повышенном давлении.
Цель — заменить при помощи растений настольные светильники и уличные фонари. Что позволит экономить огромное количество электроэнергии.
Светящиеся растения ещё не появились, но у их появления уже есть противники.
После проекта Эванса Kickstarter изменил свою политику, и больше не будет позволять поддерживать финансирование проектов, связанных с генетически модифицированными организмами. Это было связано с давлением компаний по защите природы.
Группа противников синтетической биологии из Канады даже запустила ответную кампанию «kickstopper», призванную остановить этот проект.
И, возможно, не безосновательно. Неконтролируемое появление светящихся растений может привести к серьезным нарушениям экосистемы планеты. Пока сложно предугадать к каким именно, но если немного пофантазировать, то можно представить, что, например, массовое появление светящихся растений в природных условиях может привести к нарушению привычного ритма дня и ночи у обычных животных и растений. Поставить под угрозу вымирания некоторые виды ночных животных. Или вызвать нарушения процесса фотосинтеза у растений. Что в последствии может привести к изменению состава атмосферы Земли.
Даже инвесторам закрывшегося проекта Эванса, чтобы получить от TAXA набор для разработчиков с целью самостоятельного проведения опытов. Нужно получить разрешение от USDA (Министерство сельского хозяйства США. Контролирующая область ГМО растений).
Перевод и изложение по материалам:
http://gmoobzor.com/stati/kampaniya-kickstarter-po-sozdaniyu-svetyashhegosya-rasteniya-polnostyu-provalilas.html#ixzz55sQyPC40
https://www.kickstarter.com/projects/antonyevans/glowing-plants-natural-lighting-with-no-electricit/posts/1786250
http://gleaux.us/welcome-to-gleaux/
Страничка команды Эванса на wefunder https://wefunder.com/taxa
Сайт компании Taxa Biotechnologies http://www.taxa.com/
06.02.2018
Бюро переводов «Сван»
swan-swan.ru
В MIT создали светящиеся растения: экологическое освещение будущего
Исследователи из MIT активно работают над созданием светящихся растений, которые в ближайшем будущем смогут заменить не только настольные светильники, но и уличные фонари.
Представьте себе растение, которое светилось бы как фонарик, позволяя читать в темноте, не тратя ни копейки на электричество. Эти растения можно выращивать всюду для того, чтобы обеспечить мягкое ночное освещение без громоздких фонарей и проводов. Эта прекрасная фантазия может стать реальностью уже в ближайшем будущем: группа исследователей из MIT хочет воплотить ее в жизнь. Но как можно заставить растение светиться?
Биологическое свечение (биолюминесценция) часто встречается в дикой природе. Ученым из Массачусетского технологического института удалось заставить некоторые растения светиться с помощью фермента светлячков, называемого люциферазой. У насекомых она связывается с другим химическим веществом, люциферином, что и вызывает реакцию, излучающую свет. Исследователи выяснили, как имплантировать оба этих компонента в листья растений, что и в самом деле заставило последних испускать тусклое свечение.
Исследователи полагают, что они смогут улучшить эту реакцию до такой степени, что растения будут в состоянии освещать целые комнаты. Они считают, что со временем светящиеся деревья смогут заменить уличные фонари, что позволит сэкономить электроэнергию и деньги. Это не первый подобный проект: несколько лет назад стартап од названием Glowing Plants запустил кампанию на Kickstarter, чтобы создать растения, которые могли бы светиться в темноте, используя ту же реакцию люциферазы. Спустя 4 года и $500 000 собранных долларов ученые выяснили, что на самом деле вывести светящиеся растения намного сложнее, чем это казалось в теории, а потому проект закрылся. Хотя исследователям и удалось заставить растения испускать свет, он был слишком слабым, чтобы его можно было использовать для практических целей.
В MIT методика совершенно иная. Если команда Glowing Plants опиралась на генетические модификации, то в данном случае ученые хотят просто интегрировать светоносные белки прямо в растения. Согласно их прогнозам, в ближайшее время они смогут увеличить яркость растений и улучшить текущий метод имплантации белков. Сейчас белки попадают в листву после замачивания в растворе, полном наночастиц, под высоким давлением, а также в напылении и специальном окрашивании.
Конечно, в настоящее время светящиеся растения не смогли бы составить конкуренцию огромному рынку технологий освещения. Однако в будущем, если проект удастся и у него получится выйти на рынок, многие любители экологически чистых технологий (и просто те, кто не любит платить за свет) смогут оценить светильники-растения по достоинству.
www.popmech.ru
Светящиеся растения — Садоводка
Свечение растений в темноте — явление довольно необычное и не многим известное. Но если вы в конце лета после теплого дождя окажетесь ночью в редком смешанном лесу или на поляне со старыми пнями сосны, ели, березы, осины или ольхи, на которых растут опята, то сможете воочию налюбоваться этой сказочной картиной. Присмотритесь внимательнее — и в таинственной тишине среди темных силуэтов перешептывающихся деревьев во мраке летней ночи увидите волшебные «огоньки», светящиеся фосфорическим светом. Попробуйте ударить легким топориком по гнилому пию или отколоть тонкий слой коры: как искры разлетятся в стороны «огоньки»-гнилушки. В домашних условиях такая гнилушка светится недолго.
На обнаженной древесине такой гнилушки нетрудно заметить черные прожилки или разветвленные темно-бурые «шнуры» (ризоморфы), заканчивающиеся тонкими беловатыми нитями — мицелием. Это грибница поселившихся на древесине широко известных грибов — опенка осеннего или летнего. У этих грибов светятся не шляпка и не ножка, а мицелий, оплетающий, как тонкой паутиной, разрушенную древесину. А создается впечатление, что светится весь пень или гнилое дерево.
Находящиеся в почве споры опят не боятся резкой смены температуры. Кроме плодовых тел в грибнице появляются разрастающиеся ризоморфы, которые заражают корни деревьев и через них переходят на стволы, поднимаясь на высоту до 2,5-3 м (рис. 12). Появление грибницы на живом дереве (чаще всего через травмированную кору) приводит к разрушению древесины и его гибели. Эти съедобные грибы не только доставляют удовольствие в виде свежеприготовленной или заготовленной впрок пищи, но и могут причинять вред лесному хозяйству.
Имеются сведения, что в некоторых случаях свечением обладает еще один распространенный в Нечерноземье гриб — масленик настоящий, особенно когда его плодовое тело уже перезрело и начинает разрушаться.
Всего известно около 16 таких видов, причем большинство их принадлежит к всем известному типу шляпных грибов, состоящих из ножки (пенька) и шляпки — к семейству Agaricaceae, к подроду Pleurotus. Среди сумчатых грибов существуют в роде Xylaria. У одних светятся плоды, особенно нижняя поверхность шляпки, у других только вегетативные, служащие для питания гриба органы, так называемый мицелий. Грибы первой категории живут лишь на юге — в южной Европе, и еще больше их в странах жарких и тропических. Как сила, так и окраска испускаемого грибами света различна. Интенсивность фосфоресценции меняется не только с видом гриба, но неодинакова у одного и того же в разное время жизни. У некоторых, напр. у Pl. Gardneri, свет так силен, что при нем легко можно читать.
Водная поверхность чанов и поддоны цветочных горшков в оранжереях и теплицах часто покрываются видимой лишь под микроскопом так называемой золотой водорослью (Chromophyton Rosanoffii), зооспоры которой при направленном освещении дают эффектный золотистый отблеск. Благодаря наличию в каждой зооспоре хроматофора и ее способности ориентироваться отражающей сферической поверхностью в, сторону потока света, наиболее интенсивное отсвечивание происходит при рассматривании зеркала воды под наименьшим острым углом к ней. Если же смотреть на воду сверху перпендикулярно, налет водорослей кажется бесцветным и совершенно не дает блеска. Но этот эффект происходит уже не за счет собственного свечения, а только благодаря улавливанию света и направленному отражению его.
Кажущиеся на первый взгляд безобидными такие растения, как зверобой продырявленный, якорцы наземные, горец почечуйный, гречиха посевная, просо посевное, клевер луговой, люцерна посевная, иногда могут причинить неприятность. Оказывается, что животные светлой масти, «полакомившись» зеленой массой этих растений, могут серьезно заболеть. Но не вследствие отравления какими-либо ядовитыми алкалоидами, а в результате внутреннего солнечного ожога. Дело в том, что у травоядных животных в желудочно-кишечном тракте из хлорофилла зеленых растений вырабатывается сильно флюоресцирующий пигмент — филлоэритрин, обладающий свойством изменять длину волны солнечных лучей и превращать лучи химически неактивные в химически активные. Обычно филлоэритрин, всасываясь из тонких кишок в кровь, попадает с ней в печень, откуда с желчью поступает обратно в кишечник и выделяется с каловыми массами. При поедании же животными зверобоя, горца почечуйного и некоторых других растений возможные нарушения функций желудочно-кишечного тракта и печени приводят к задержке филлоэритрина в организме и поступлению его в общий круг кровообращения. Достигнув непигментированных участков кожи, этот пигмент делает их болезненно чувствительными к прямым солнечным лучам и косвенно вызывает у животных общее заболевание организма.
Животные темной масти такой болезнью обычно не страдают. Не заболевают коровы, овцы, свиньи и при поедании зеленой массы зверобоя, гречихи, клевера, проса в пасмурную погоду или при скармливании этих кормов в помещениях, где животные изолированы от прямого действия солнечного света. Все это дает основание полагать, что пигмент кожи и густой шерстный покров защищают ее от вредного действия ультрафиолетовых лучей.
А вот еще один пример. Около 50 лет тому назад завезли в Нечерноземье с Дальнего Востока интересное растение — борщевик Сосновского. В дикорастущем состоянии в центре России он не встречается. (Не спутайте его с безобидным широко распространенным в Нечерноземье на лугах борщевиком сибирским). Растение с огромными рассеченными листьями, высоким стеблем, завершающимся под стать ему соцветием — зонтиком, болезнями не страдает, никакими насекомыми не повреждается. Заинтересовало это растение ученых своей высокой урожайностью. Все бы хорошо, да есть у этого растения один серьезный порок : в клеточном соке его содержатся особые вещества — фурокумарины, которые при попадании на кожный покров или слизистые оболочки тела человека, подобно зверобою, вызывают при солнечном освещении сильные ожоги, трудно поддающиеся лечению. Достаточно дотронуться обнаженной частью тела до покрытой колючими волосками нижней поверхности его листа, как «щедрая душа» этого растения сразу же одарит вас своим «бальзамом». Правда, при силосовании происходит распад фурокумаринов и корм не опасен ни для животных, ни для человека, но обращение с этим растением при заготовке силоса требует большой осторожности и только механизированной уборки.
sadovodka.ru
Живая биолюминесценция | Журнал Популярная Механика
К растительным настольным лампам, к деревьям-фонарям и лесам, полным живой биолюминесценции, ведет несколько путей. И мы уже начали движение по ним: свет виден не так далеко за горизонтом.
Прежде всего это красиво. Есть тут нечто, задевающее самые глубокие струны души — недаром светящиеся деревья «Аватара» оставляют такое сильное и долгое впечатление. Наконец, это удобно: растения самостоятельно производят энергию, прекрасно адаптированы к уличным условиям и сами восстанавливаются при повреждениях. Недаром стартап Glowing Plant, который несколько лет назад искал 65 тыс. долларов на создание биолюминесцентных растений, стремительно набрал почти полмиллиона. «Такое сочетание простоты, фантастичности и реализуемости встречается редко, — объяснил успех основатель Glowing Plant Энтони Эванс. — 99% людей считают, что такого не бывает. На самом деле это уже в определенной степени факт».
Действительно, в природе существует множество различных биолюминесцентных систем, которые независимо развились у бактерий и грибов, кишечнополостных и членистоногих. Нужно заставить работать такую систему (обычно она включает фермент люциферазу и необходимые для ее работы молекулы люциферина) в растении и при этом не вредить ему. Задача понемногу решается: ген люциферазы светлячков был внесен в растения табака еще в 1980-х. А в 2010 году биологам из Кембриджа удалось использовать весь «светоносный комплекс» светлячка, получив стабильно светящиеся ГМ-бактерии. Повторить работу для растений — для невзрачной на вид, но прекрасно изученной генетиками резуховидки Таля — и собирался Энтони Эванс.
Путь генов
Уверенности стартапу придавала и другая работа 2010 года. В ней Александр Кричевский описал получение ГМ-растений табака, хлоропласты которых содержат шесть генов «светящегося» lux-оперона фотобактерий. Кричевский основал собственную компанию, которая торгует побегами биолюминесцентной линии с названием, отсылающим к деревьям из того же «Аватара» — Starlight Avatar Celestine. Это единственное светящееся растение, которое можно купить сегодня, хотя оно не отличается ни яркостью, ни даже жизнестойкостью. Обещается, что растения проживут 2−3 месяца и «будут различимо светиться в темноте в течение всего этого срока». Энтони Эванс решил, что у него получится решить эти проблемы.
Специалистам его обещания показались чересчур самонадеянными, однако публике идея понравилась. Начав кампанию по сбору средств на платформе Kickstarter, Эванс пообещал всем вложившимся семена светящейся резуховидки, как только те будут получены. Удачный ход позволил привлечь больше 480 тыс. долларов: денег оказалось достаточно, и стартап проработал несколько лет, прежде чем Эванс признал, что технические проблемы его команда решить не в состоянии. Перенесение целой группы генов в нужные участки хромосом в ядре такого сложного организма остается пока невыполнимой задачей.
Путь наночастиц
Другой подход удалось нащупать в том же 2010 году — когда-нибудь эта дата будет особо отмечена в истории создания светящихся растений. Тогда Су Яньсюнь и его коллеги из исследовательского центра RCAS на Тайване искали подходы к усовершенствованию светодиодов и изучали поведение золотых наночастиц в форме сфер с длинными иглами — что-то вроде морских ежей диаметром от 11 до 80 нм. Возникающий на их сложной поверхности плазмонный резонанс позволяет на порядки усилить флуоресцентный сигнал, в том числе и слабое естественное свечение хлорофилла, вызванное взаимодействием с фотонами определенной длины волны.
Доставить наночастицы в растение проще, чем гены: тайваньские физики просто поместили водоросль в раствор на несколько дней. Оказавшись в клетке, золотые «ежи» улавливали ультрафиолетовые фотоны и переизлучали их, заставляя хлорофилл испускать слабое красное свечение. Идею подхватили по другую сторону океана, в лаборатории Майкла Страно, найдя новый и, возможно, самый многообещающий путь к получению биолюминесцентных растений.
Путь синтеза
Профессор Массачусетского технологического института Майкл Страно уверен в успехе не меньше предшественников. «Наша цель — разовая обработка саженца или взрослого растения, которая будет иметь эффект в течение всей его жизни», — сказал он, комментируя разошедшиеся по интернету снимки светящихся листьев жерухи, родственника кресс-салата. Ведь если путь генов требует новых ГМ-растений, то наночастицы способны проникнуть в уже растущие по бульварам деревья. И если у нас не получается перенести сами гены, то можно вооружиться уже готовым биолюминесцентным комплексом молекул.
Демонстрируя новый подход, Страно и его коллеги вымачивали растения в растворе наночастиц, содержащих люциферазу и необходимые ей вещества — люциферин и кофермент А. По мере высвобождения реагентов в листьях шло окисление: варьируя структуру наночастиц, ученые контролировали темп этого процесса и добились четырех часов непрерывного излучения. Конечно, о деревьях-фонарях речи пока не идет: 10-сантиметровое растение производит менее 0,5 мкВт — на порядки меньше, чем нужно для чтения. Однако ученые полны уверенности, что новый путь приведет их к растениям, ярко светящимся всеми цветами.
В самом деле, в природе существует много биолюминесцентных систем, а не так давно биохимики ИБХ РАН синтезировали и пару искусственных аналогов, реакции которых сопровождаются испусканием излучения разных цветов. И если задача перенесения биолюминесцентного комплекса будет решена, то мы сможем получать живые светильники практически любого нужного оттенка. Сияющий огнями ночной лес затмит картины «Аватара», хотя и настольная лампа из светящихся листьев обязательно заденет самые глубокие струны души.
Максим Дубинный, научный сотрудник лаборатории биомолекулярной ЯМР-спектроскопии ИБХ РАН
«Создание автономно биолюминесцентного растения или животного — задача намного более сложная, чем разработка ГМ-организмов, по поводу которых сейчас идет увлеченная дискуссия. В нашей команде под руководством Ильи Ямпольского эта тема была возвращена несколько лет назад практически из забытья. Зато теперь у нас почти готовы новые яркие результаты, о которых не стоит говорить подробнее до выхода научных публикаций. Могу сказать только одно: они уже светятся».
Статья «Живые огни» опубликована в журнале «Популярная механика» (№3, Март 2018).www.popmech.ru
Биолюминесценция в каждый дом
Несколько лет назад на Kickstarter был очень популярен проект Glowing Plant: тем, кто его поддержит, всего лишь через год обещали выслать семена светящихся растений. Но светящихся растений все еще нет, хотя эксперименты по их созданию идут уже не первый десяток лет. Почему все так сложно, «Чердаку» рассказал Илья Ямпольский, руководитель группы синтеза природных соединений Института биоорганической химии РАН.
Светящееся растение? Нет, не видели
— Я когда-нибудь получу свое растение? Уже годы прошли. Мне просто любопытно.
— Как мне получить свои 40 долларов обратно?
— Я уже махнул рукой на это дело и считаю, что просто потерял деньги.
Такие комментарии в избытке можно найти на странице проекта Glowing plant в Facebook. В 2013 году группа ученых начала кампанию по сбору денег на создание светящихся растений. Идея авторов проекта звучит довольно просто по нынешним временам: взять гены, которые позволяют бактериям светиться, собрать из них единый фрагмент, вставить нужную последовательность в геном резуховидки и получить светящееся растение. Поначалу все шло отлично — проект собрал почти полмиллиона долларов. Но никаких светящихся растений его подписчики так и не увидели, а авторы переключились на создание мха, пахнущего пачулями.
Растения, рыбы и бактерии
Ученые за последние годы создавали кошек, кроликов и даже овец, которые могут светиться благодаря встроенным в их ДНК генам флуоресцентных белков. Есть даже декоративные рыбки GloFish, которые продаются для домашних аквариумов.
«GloFish — это рыбы, которые светятся благодаря флуоресцентным белкам. В природе такие белки встречаются у многих медуз, некоторых рачков и даже наших с вами далеких родственников, самых примитивных хордовых — ланцетников. Эти белки искусственно внедрены с помощью методов генной инженерии во многие другие организмы: в столь успешно продающихся GloFish, в мышей, а также во многие растения», — рассказал Ямпольский.
Флуоресцентные рыбки GloFish
Флуоресцентные белки также получили широкое распространение в молекулярной биологии, поскольку их можно использовать в качестве метки, которая будет вырабатываться вместе с определенным белком и позволит посмотреть, когда этот белок начинает образовываться в организме и где именно.
«Почему же при этом рыбы продаются, а растений в продаже мы не видим? Ответ кроется в природе флуоресценции: флуоресцентные белки светятся только в ответ на облучение их светом. Как во многих процессах, часть энергии теряется, и на выходе получается свет с другой длиной волны, то есть другого цвета. GloFish светятся не всегда, а только если на них светить ультрафиолетом, вот тогда они и становятся похожи на модниц на дискотеке», — объяснил ученый.
Флуоресцентные мышата
Сложнее, чем кажется
Идея проекта Glowing Plant в том, что растение должно светиться само по себе, а для этого нужен другой механизм — биолюминесценция.
Биолюминесценция — это свечение живых организмов, и встречается она среди тысяч очень различающихся видов, в основном морских. «Для того чтобы применять биолюминесценцию, необходимо знать, как она работает, но для многих организмов на этот вопрос до сих пор нет ответа. В основе природы свечения всегда лежит химическая реакция, а вот химическое строение ее участников — индивидуальная особенность каждого организма. Этим мы и занимаемся. Наша основная задача — узнать, как устроены светящиеся молекулы люциферин и люцифераза и как происходит сама химическая реакция», — рассказал Ямпольский.
Заставить растение или другой организм светиться благодаря механизму биолюминесценции — куда более сложная задача, чем просто встроить в ДНК ген флуоресцентного белка. В относительно простом варианте, который был реализован уже в 1986 году, в ДНК табака встроили ген люциферазы светлячка и поливали растение раствором с люциферином. Получившийся в результате табак действительно светился, что можно увидеть на его фотографии, сделанной с выдержкой в 24 часа.
«Идеальный вариант, который пока не удался никому, включает в себя расшифровку всего пути биосинтеза люциферина, который может быть многоэтапным процессом с участием большого числа белков. Потом — встраивание в геном другого организма генов, кодирующих все эти белки и люциферазу. На данный момент расшифрован биосинтез только бактериального люциферина, однако эта система тяжело адаптируется к растениям и животным. И реализация такого подхода мне представляется маловероятной», — отметил исследователь.
«Лампа» из генетически модифицированных светящихся бактерий кишечных палочек
«По разным оценкам, существует около 40 различных люциферинов и механизмов биолюминесценции. До недавнего времени было известно лишь семь структур люциферинов. Однако благодаря работе нашего научного коллектива за последние три года были установлены еще три новые структуры — люциферина сибирского почвенного червя вида Fridericia heliota, а также люциферина и люциферазы высших грибов. Мы не только знаем, как устроены эти молекулы, — мы умеем их синтезировать, понимаем, как именно происходят химические реакции свечения, умеем запускать их в пробирке и даже управлять цветом, правда, пока ограниченно. На подходе — структура люциферина многощетинкового червя, в более ранней стадии исследования — еще несколько объектов: моллюски, полихеты, акулы и другие», — рассказал исследователь.
Возможности применения биолюминесценции многообразны. В промышленности — для быстрого определения бактериального загрязнения, в науке — для изучения различных процессов, например при создании лекарственных препаратов. На сегодняшний день оборот биолюминесцентных технологий оценивается в миллиарды долларов в год.
«Задача создания биолюминесцирующего растения — одна из самых амбициозных и интересных с научной точки зрения. Однако мы еще не вышли на завершающий этап и хвастаться пока не будем. Тем не менее мы трудимся в этом направлении и, возможно, однажды сможем подарить миру самостоятельно светящееся растение», — сказал ученый.
Материал помогали готовить коллеги Ильи Ямпольского — Надежда Маркина и Зинаида Осипова.
Быть в курсе событий мировой и отечественной науки
chrdk.ru
10 фантастических растений «Аватара», растущие на нашей Земле
Вы думаете, что гигантские деревья, светящиеся грибы, цветы, которые выглядят словно птицы, и растения, наполовину животные принадлежат исключительно кино? На самом деле, многие открытия, которые делают ученые в фильме «Аватар», уже обнаружены на нашей планете. И возможно, если их собрать воедино, получится похожая картинка?
1. Гигантские деревья.
Если вы представляете себе самое большое дерево, которое вы когда-либо видели, а затем умножаете его на 10, вы можете приблизиться к тому, насколько велика огромная секвойя. Эти деревья растут естественным образом в горном массиве Сьерра-Невада в Калифорнии и являются разновидностями семейства кипарисов.
Самое высокое известное дерево в мире – прибрежная красная секвойя Гиперион, примерно достигающая 38-этажного здания. А с точки зрения объема приз получает гигантская секвойя генерал Шерман, имеющая почти 2 тонны живого веса. Это, конечно, не настолько велико как на вымышленной планете из «Аватар», но тем не менее колоссально. К тому же, деревья продолжают расти.
Фото: мир Аватара
2. Застенчивое растение.
Растение, закрывающее листья после того, как к нему прикоснутся, кажется, может принадлежать только к миру фантастических аватаров. Однако урожаи Пандоры имеют близкий эквивалент и на Земле. Mimosa pudica is (мимоза стыдливая) – ядовитый абориген тропиков. Когда воздух перемещается вокруг растения или что-то контактирует с листьями, они складываются.
Фото: мир Пандоры
3. Светящиеся грибы.
Хотя в наших лесах еще нет такой мифической биолюминесценции, как в фильме «Аватар», существует множество видов грибов, которые светятся в темноте. Одним из самых впечатляющих является Mycena chlorophos (мицена хлорофос) – японский гриб, который излучает неоновые зеленые свечения, как только наступает темнота. Он делает это, используя тот же механизм, с помощью которого глубоководные существа, такие как Anglerfish (морской дьявол), создают свое собственное световое шоу.
Фото: реальный мир Аватара
4. Светящиеся водоросли.
Еще одно фантастическое растение, которое светится в темноте, живет в удивительном месте – океан! Тип водорослей под названием Noctiluca scintillans (ночесветка или морской блеск) создает невероятные пейзажи сверкающего берега на Карибском острове Пуэрто-Рико. Формы водорослей настолько малы, что тысячи из них могут содержаться только в одной капле воды. Ночесветка реагирует на любые движения, рокот волн или плеск весел, создавая сильное сияние. А рыбы, как правило, держатся подальше от этих светящихся зон.
Фото: природа Аватара
5. Цветок, похожий на птицу.
Научное название Strelitzia reginae (стрелиция королевская) на самом деле не оправдывает этого впечатляющего цветка. Его обиходная кличка – райская птица, является гораздо более информативной. Выходец из Южной Африки, достигая взрослого возраста, выглядит как красочная птица. Стрелиция королевская точно бы не казалась неуместной на Пандоре.
Фото: природа Пандоры
6. Огромные кувшинки.
Возможно, вы видели фотографии ребенка, сидящего на огромной подушке из водяной лилии, и предположили, что это просто еще одна демонстрация чудес фотошопа. А ведь на самом деле – это чудеса тропического леса Амазонки. Огромная кувшинка Victoria amazonica (виктория амазонская) готова принять на свой борт любого, весом не более 50 килограмм и габаритами, вписывающимися в 2,5 метра. Но для идеальной гармонии, нашей Земле не мешало бы обзавестись гигантскими лягушками. Вы «ЗА»?
Фото: фантастическая природа
7. Быстрорастущий бамбук.
Если вы занимаетесь садоводством и вам знакома ситуация, когда сорняки выползают снова прямо на глазах, то это скорее всего зеленая паранойя. Но … некоторые растения действительно быстро растут. Бамбук Phyllostachys edulis (панцирь черепахи) может расти с точностью до 1 метра в сутки в своей естественной среде обитания в Китае. Кстати, быстрорастущий бамбук часто ошибочно принимают за дерево, хотя в действительности он является древесной травой. Вот если бы такая сорная травка переселилась на наши огороды … Только за 1 час бамбук набирает 4 сантиметра. Разве это не фантастично для этого мира?
Фото: мир фильма Аватара
8. Жалящее дерево.
Если одного названия Gympie-Gympie (жалящее дерево) не достаточно, чтобы заставить вас убежать, вы можете пересмотреть свое решение, когда услышите, что оно делает. Найденный в Австралии кустарник выглядит совершенно безобидно, но каждая его часть покрыта пушистыми волосками, способными совершить злобный укус. Боль от ожога этой гиганской крапивы может длиться месяцами и привести человека к безумию и самоуничтожению.
Фото: мир Пандоры
9. Нерушимое дерево.
Большинство людей слышали о Gingko biloba (гинкго билоба) как о модном источнике лекарственного дополнения и как о дереве времен динозавров. Однако самая удивительная история о нем связана с бомбардировкой Хиросимы. После немыслимого взрыва почти все в том районе было полностью разрушено, а растущее в тамошнем саду Сюккэйэн дерево гинкго продолжило процветать и пустило новые ветви. По сей день никто не знает, как это возможно, но это показывает, что у деревьев гингко билоба есть фантастические способности подниматься из пепла.
Фото: мир фильма Аватар
10. Растение-животное.
Ученые, изучающие Пандору, нашли то, что они назвали зооплантами – растения, имеющие как растительные, так и животные характеристики. Это может показаться надуманным, но наша планета уже является домом для некоторых видов, которые соответствуют этим критериям. Например, Sea anemones (морские анемоны). Возможно, «Аватар» не настолько фантастичный?
Фото: фантастические растения
layf.info