Les fleurs ont un signal secret spécialement conçu pour les abeilles afin qu'elles sachent où collecter le nectar. Et de nouvelles recherches viennent de nous donner un meilleur aperçu du fonctionnement de ce signal. Les motifs à l'échelle nanométrique sur les pétales reflètent la lumière de manière à créer efficacement un «halo bleu» autour de la fleur qui aide à attirer les abeilles et favorise la pollinisation.
Ce phénomène fascinant ne devrait pas surprendre les scientifiques. Les usines regorgent en réalité de ce type de «nanotechnologies», qui leur permet de faire toutes sortes de choses étonnantes, du nettoyage à la production d’énergie. De plus, en étudiant ces systèmes, nous pourrons peut-être les utiliser dans notre propres technologies.
La plupart des fleurs apparaissent colorées car elles contiennent des pigments absorbant la lumière qui ne reflètent que certaines longueurs d'onde de la lumière. Mais certaines fleurs utilisent également l'irisation, un type de couleur différent lorsque la lumière se réfléchit à partir de structures ou de surfaces espacées au microscope.
Les couleurs changeantes de l'arc-en-ciel que vous pouvez voir sur un CD sont un exemple d'irisation. Cela est dû aux interactions entre les ondes lumineuses qui rebondissent sur les indentations microscopiques très espacées de sa surface, ce qui signifie que certaines couleurs deviennent plus intenses au détriment d'autres. Au fur et à mesure que votre angle de vue change, les couleurs amplifiées changent pour donner l'effet de couleur chatoyante et morphing que vous voyez.
Les abeilles peuvent voir un halo bleu autour de la région pourpre. (Edwige Moyroud) De nombreuses fleurs utilisent des rainures espacées de un à deux millièmes de millimètre dans le revêtement de cire recouvrant leur surface pour produire une irisation de la même manière. Mais les chercheurs qui étudient la manière dont certaines fleurs utilisent l'irisation pour attirer les abeilles à polliniser ont remarqué quelque chose d'étrange. L'espacement et l'alignement des rainures n'étaient pas aussi parfaits que prévu. Et ils n'étaient pas tout à fait parfaits de manière très similaire dans tous les types de fleurs qu'ils ont examinées.
Ces imperfections signifiaient qu'au lieu de donner un arc-en-ciel comme un CD, les motifs fonctionnaient beaucoup mieux pour la lumière bleue et ultraviolette que pour les autres couleurs, créant ce que les chercheurs ont appelé un «halo bleu». Il y avait de bonnes raisons de penser que cela ne pas une coïncidence.
La perception de la couleur des abeilles est décalée vers l'extrémité bleue du spectre par rapport à la nôtre. La question était de savoir si les défauts des motifs de cire étaient «conçus» pour générer les bleus, violettes et ultra-violettes intenses que les abeilles voient le plus fort. Les humains peuvent parfois voir ces motifs, mais ils nous sont généralement invisibles sur des fonds pigmentés rouges ou jaunes qui paraissent beaucoup plus sombres pour les abeilles.
Les chercheurs ont testé cela en formant les abeilles à associer le sucre à deux types de fleurs artificielles. On faisait faire des pétales en utilisant des réseaux parfaitement alignés qui donnaient une irisation normale. L'autre avait des arrangements imparfaits reproduisant les auréoles bleues de différentes vraies fleurs.
Ils ont constaté que, bien que les abeilles aient appris à associer les fleurs artificielles irisées au sucre, elles ont appris mieux et plus rapidement avec les auréoles bleues. Fascinant, il semble que de nombreux types de plantes à fleurs aient pu développer cette structure séparément, chacune utilisant des nanostructures qui donnent une irisation légèrement décalée pour renforcer leurs signaux aux abeilles.
Attends une minute! Ce n'est pas une fleur. (Edwige Moyroud) **********
Les plantes ont mis au point de nombreuses façons d'utiliser ce type de structures, devenant ainsi les premiers nanotechnologues de la nature. Par exemple, les cires qui protègent les pétales et les feuilles de toutes les plantes repoussent l’eau, propriété appelée «hydrophobie». Mais dans certaines plantes, comme le lotus, cette propriété est renforcée par la forme du revêtement de cire qui le rend effectivement auto-nettoyant.
La cire est disposée en une série de structures en forme de cône d’environ cinq millièmes de millimètre de hauteur. Celles-ci sont à leur tour recouvertes de motifs fractaux de cire à des échelles encore plus petites. Lorsque l'eau tombe sur cette surface, elle ne peut plus y adhérer et forme ainsi des gouttes sphériques qui roulent sur la feuille en ramassant la saleté le long du chemin jusqu'à ce qu'elles tombent du bord. C'est ce qu'on appelle la «superhydrophobie» ou «effet lotus».
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À l'intérieur des plantes, il existe un autre type de nanostructure. Au fur et à mesure que les plantes absorbent l'eau de leurs racines jusque dans leurs cellules, la pression augmente à l'intérieur des cellules jusqu'à se situer entre 50 et 100 mètres de profondeur. Afin de contenir ces pressions, les cellules sont entourées d'un mur constitué de faisceaux de chaînes de cellulose de 5 à 50 millions de millimètres de diamètre appelés microfibrilles.
Les chaînes individuelles ne sont pas aussi solides mais une fois formées en microfibrilles, elles deviennent aussi solides que l’acier. Les microfibrilles sont ensuite incorporées dans une matrice d’autres sucres pour former un «polymère intelligent» naturel, une substance spéciale capable de modifier ses propriétés pour favoriser la croissance de la plante.
Les humains ont toujours utilisé la cellulose comme polymère naturel, par exemple dans le papier ou le coton, mais les scientifiques développent actuellement des moyens de libérer des microfibrilles individuelles pour créer de nouvelles technologies. En raison de sa force et de sa légèreté, cette «nanocellulose» pourrait avoir une vaste gamme d'applications. Il s’agit notamment de pièces de voiture plus légères, d’additifs alimentaires hypocaloriques, d’échafaudages pour l’ingénierie tissulaire et peut-être même de dispositifs électroniques pouvant être aussi fins qu’une feuille de papier.
Les nanostructures végétales les plus étonnantes sont peut-être les systèmes de capture de la lumière qui capturent l’énergie lumineuse nécessaire à la photosynthèse et la transfèrent vers les sites où elle peut être utilisée. Les plantes sont capables de déplacer cette énergie avec une efficacité incroyable de 90%.
Nous avons maintenant la preuve que c'est parce que la disposition exacte des composants des systèmes de captage de la lumière leur permet d'utiliser la physique quantique pour tester de nombreuses manières différentes de déplacer l'énergie simultanément et de trouver la plus efficace. Cela ajoute du poids à l'idée que la technologie quantique pourrait aider à fournir des cellules solaires plus efficaces. Alors, quand il s'agit de développer de nouvelles nanotechnologies, il convient de rappeler que les plantes ont peut-être été les premières.
Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation.
Stuart Thompson, maître de conférences en biochimie végétale, Université de Westminster
