Le piante, la cui sensibilità agli esplosivi supera quella dei cani, sono derivate dai biologi americani. Per creare sensori viventi insoliti, gli scienziati hanno modificato il meccanismo di difesa naturale delle piante in modo tale che rispondesse allo stimolo desiderato cambiando il colore del fogliame
Quasi tutte le piante possono essere trasformate in sensori: tutte hanno uno o un altro sistema di protezione e contengono proteine adatte alla modifica. Nella foto: il professor Madford (a destra) e il postdoc Peter Bowerman
Il sistema di protezione, sfruttato senza pietà dagli scienziati, è stato "inventato" dalle piante molto tempo fa. È semplice: se non riescono a fuggire dal luogo in cui sono cresciuti, devono imparare a proteggersi dalle minacce esterne. Quindi, le foglie di tabacco, soffrendo del buon appetito di un vorace bruco, iniziano a secernere sostanze che attirano gli insetti predatori. Altre piante, dopo aver rilevato i recettori proteici dell'attaccante, emettono terpenoidi nei tessuti, che stringono la cuticola delle foglie.
I ricercatori hanno capito come utilizzare quest'ultimo meccanismo per i propri scopi. Come cavie, un team di genetisti guidati dal professor June Medford ha scelto Arabidopsis, il preferito dei biologi, e il tabacco.
I ricercatori hanno capito come utilizzare quest'ultimo meccanismo per i propri scopi. Come cavie, un team di genetisti guidati dal professor June Medford ha scelto Arabidopsis, il preferito dei biologi, e il tabacco.
Come concepito dagli scienziati, era necessario cambiare la proteina recettore nelle pareti cellulari in modo che attivasse un meccanismo di difesa, "sentendo" sostanze chimiche esplosive o inquinanti di acqua e aria nell'ambiente vegetale.
I biologi, utilizzando uno speciale programma per computer, hanno calcolato come modificare le proteine naturali di una pianta in modo che eseguano le funzioni desiderate. Quindi sono state apportate le modifiche appropriate utilizzando metodi di ingegneria genetica.
Di conseguenza, in presenza di una sostanza di segnalazione (il componente più comune delle bombe, il trinitrotoluene), l'intero letto di piante geneticamente modificate (sia Arabidopsis che tabacco) ha iniziato a perdere il colore verde, dando un chiaro segnale ai ricercatori.
Video promozionale:
La reazione del tabacco modificato alla presenza di TNT (23 ppb) nel terreno si manifesta entro alcune ore (il tempo è indicato orizzontalmente). A sinistra, viene mostrato un cambiamento nel colore delle foglie, visibile ad occhio nudo. A destra: imaging iperspettrale dei cambiamenti nell'efficienza del fotosistema II.
Nello studio attuale, il terreno era saturo di TNT, isolando le foglie dal vapore di TNT e dai suoi prodotti di decomposizione. Tuttavia, un esperimento separato ha mostrato che i germogli di tabacco sono diventati pallidi in presenza di forme volatili. In basso: la migliore risposta di una pianta (illustrazione CSU).
Ma, come notano gli stessi sviluppatori, ciò che accade in un laboratorio di ricerca, dove la quantità di luce è la stessa durante il giorno, "non c'è vento, pioggia e parassiti, così come le persone che spruzzano caffè".
Non è ancora noto se i telai dei metal detector e altri scanner saranno ricoperti di piante. Secondo Madford, ci vorranno almeno 5-7 anni prima che i metodi tradizionali per trovare esplosivi vengano sostituiti (foto CSU).
Gli scienziati hanno insegnato alla prima generazione di tabacco a impallidire entro poche ore dalla scoperta degli esplosivi. Qualsiasi persona può riconoscere la "risposta" di una pianta. Tuttavia, non è stato ancora inventato alcun meccanismo per riportare le foglie al loro colore naturale.
In futuro, le piante potranno essere messe a punto per catturare inquinanti ambientali e altri composti chimici.
Tuttavia, i ricercatori devono ora affrontare un altro compito importante: accelerare il processo di rilevamento delle sostanze richieste. Madford coinvolgerà tutti i suoi dipendenti nella risoluzione di questo problema, e ne ha molti: circa 30 studenti, dottorandi e dottorandi. Scopo: cambia il colore delle foglie entro pochi minuti.
Un articolo dei creatori delle piante di serpente è pubblicato in open access sulla rivista PLoS ONE. In esso, gli americani sostengono che la sensibilità delle piante è paragonabile, e talvolta anche superiore a quella dei cani.
L'attuale lavoro è iniziato nel 2003. Diverse organizzazioni interessate hanno fornito supporto finanziario contemporaneamente. Circa 3 milioni di dollari sono stati investiti nello sviluppo di sensori di esplosivi viventi in sovvenzioni.
Per ricordare lo sviluppo, l'American Defense Threat Reduction Agency (DTRA), il principale attore in questo campo, ha assegnato altri 8 milioni di dollari al gruppo Madford. Gli scienziati stimano che ci vorranno altri 3-4 anni per completare il lavoro.
Le piante hanno già provato a insegnare il rilevamento delle mine. L'azienda danese Aresa Biodetection ha modificato Arabidopsis in modo che le sue foglie diventino rosso-marroni anziché verdi in 3-5 settimane (nelle immagini) in presenza di biossido di azoto proveniente da miniere inesplose nel terreno.
Nel 2008, la società ha riconosciuto lo sviluppo come commercialmente non redditizio, ha abbandonato ulteriori investimenti in biotecnologie ed è passata a un altro tipo di attività (foto gizmag, dai siti technoccult.net, storyofcool.com).
June ritiene che le piante di segugi possano essere vendute come piantine geneticamente modificate e che tali verdure costeranno meno degli scanner a cornice convenzionali.
In precedenza, api, ratti, falene, lievito di birra e batteri erano coinvolti nel rilevamento di esplosivi (foto da thehoneybeeconservancy.org).
In futuro, si può anche insegnare alle piante a riconoscere più inquinanti contemporaneamente e il cambiamento di colore del fogliame può essere
monitorato anche dallo spazio, sognano gli sviluppatori.
Il New York Times fa un ulteriore passo avanti e presenta come suoneranno gli annunci audio dell'aeroporto in futuro: "Per favore, mostra il tuo documento d'identità e la carta d'imbarco e cammina oltre il muro di rododendri".
