Fünf Arten, wie Pflanzen neue Technologien geschaffen haben

Spinat als Sprengstoffdetektor

Wissenschaftler haben sich eine neue Methode einfallen lassen, um Sprengstoff zu erkennen: sie verwenden Spinat. Die Pflanzen sind mit fluoreszierenden bionischen Nanoröhrchen imprägniert, die Infrarot-Licht ausstrahlen. In der Gegenwart von besonderen Chemikalien hört das Leuchten auf – was bedeutet, dass Sprengstoffe vorhanden sind. Die Veränderung in der Fluoreszenz kann sogar durch den Einsatz von modifizierten Handys erkannt werden.

Aber warum sollte man veränderten Spinat anstelle der Nanoröhrchen verwenden? Der Grund ist vor allem, dass Pflanzen eine große Menge Wasser durch ihre Wurzeln auf- und hoch zu den Blättern saugen, ohne viel Energie zu verbrauchen. Daher wird in diesem Fall der Spinat als ein automatisches Wasserkontrollsystem für die Nanoröhrchen, die Sprengstoffe erkennen, verwendet.

Diese beeindruckende Fähigkeit ist einer von vielen Gründen, warum Pflanzen oft nicht nur als Nahrungsmittel und Kleidung sondern auch als Teil komplexer Technologien verwendet werden. Hier sind ein paar weitere Möglichkeiten, wie wir die Pflanzenwelt nutzen können.

Dekontamination

Die Fähigkeit von Pflanzen Wasser zu verarbeiten kann auch für die sogenannte „Phytoremediation“ eingesetzt werden. Schadstoffe, die aus der Erde im Wasser gelöst und von den Pflanzen aufgenommen werden, zu den Blättern transportiert und sammeln sich dort an, weil das Wasser verdunstet. Die Pflanzen können anschließend geerntet und entfernt werden und nehmen so die Schadstoffe mit. Dies wird angewandt, um Böden von Arsen und Blei zu entgiften. Wertvolle Verunreinigungen, wie beispielsweise Kadmium und Nickel, können in einem Verfahren namens „Phytomining“ wiederaufbereitet werden.

In einer neuerlichen, überraschenden Wendung wurden bestimmte Pflanzen genetisch verändert, um ihre Fähigkeiten zu kombinieren, große Wassermengen mit Merkmalen von Bakterienarten zu verarbeiten, die die Sprengstoffarten TNT und RDX zersetzen. Dies bedeutet, wir können veränderte Pflanzen herstellen, die sowohl Sprengstoff erkennen als auch entschärfen können.

Sprengstoff

Aber Pflanzen werden nicht nur für friedliche Absichten verwendet. Im Jahr 1846 führte Christian Schönbein ein Experiment in seiner Küche durch – entgegen der ausdrücklichen Wünsche seiner Frau. Er verschüttete eine Mischung aus konzentrierten Säuren und schnappte sich die nächst gelegene Sache, die zur Hand war, um sie aufzuwischen und bemerkte erst später, dass er die Schürze seiner Frau verwendet hatte. Nachdem er sie in Eile gewaschen und über den Ofen zum Trocknen gehangen hatte, sah sie bemerkenswert gut aus. Die Krise wurde abgewendet – zumindest bis die Schürze explodierte.

Schönbein hatte unbeabsichtigt die Baumwolle der Schürze in Nitrocellulose, oder Schießwolle, umgewandelt, einen stärkeren Sprengstoff als TNT. Diese Cellulose, die die Grundlage der Schießwolle bildet, ist der strukturelle Hauptbestandteil von Pflanzen – und das biologisch am meisten vorkommende Molekül auf der Erde. Cellulose ist leicht zu gewinnen, Nitrocellulose ist stärker als Schießpulver und daher wurde Schießpulver von Schießwolle für viele Aufgaben im 19.Jahrhundert ersetzt.

In dem Roman „Von der Erde zum Mond“ befördert Jules Verne seine Entdecker in den Weltraum, indem er eine riesige Kanone benutzt, die mit Nitrocellulose abgefeuert wurde. In der Realität hätten sich die Raumfahrer von Verne durch die Beschleunigung in Püree verwandelt. Aber er lag nicht vollständig daneben, da heutzutage Nitrocellulose immer noch in den Treibmitteln von Feststoffraketen – besonders für militärische Anwendungsmöglichkeiten – verwendet wird, da es keinen Rauch erzeugt, der die Position der Abschussvorrichtung verraten würde, weil sie einfach verbrennt.

Kunststoffverband

Nitrocellulose und andere nitrierte Pflanzenpolysaccharide befanden sich auch unter den ersten „Kunstoffen“. Ihre Anwendungen schlossen den Film, der in frühen Kameras verwendet wurde, ein, der auf Nitrocellulose basierte und sich entzünden oder sogar explodieren konnte, wenn der Projektor zu heiß wurde. Diese instabilen Substanzen wurden weitgehend durch sicherere Kunststoffe ersetzt, aber eine Flüssigkeit, die gelöste Nitrocellulose enthält, wird immer noch in der Medizin verwendet. Es wird über die Schnitte gestrichen und versiegelt sie mit einem feinen Film aus Nitrocellulose.

Pflanzen produzieren zahlreiche Biopolymere und da wir nach umweltfreundlicheren und nachhaltigen Ersatz für Öl-basierende Kunststoffe suchen, ist es Zeit für diese natürlichen Alternativen, einen Ertrag zu bringen.

Vegetarisches Fleisch

Natürlich bilden Pflanzen die Grundlage der meisten Nahrungsmittel, aber Wissenschaftler haben jüngst einen Burger entworfen, der riecht, schmeckt und sogar wie Fleisch zubereitet wird – auch wenn er vollständig aus pflanzlichen Stoffen hergestellt wurde. Hierfür mussten verschiedene Herausforderungen gelöst werden. Zum Beispiel muss der neue Burger, um bei der Zubereitung möglichst rindfleischähnlich zu sein, pflanzliche Fette enthalten, die bei Raumtemperatur fest sind, aber schmelzen, sobald sie erhitzt werden. Das Fett, das in diesem Fall verwendet wurde, kam von Kokosnüssen.

Pflanzen bestehen nicht aus den Proteinen Hämoglobin und Myoglobin, die dem roten Fleisch seine Farbe und seinen Eisengehalt verleihen. Aber einige beinhalten eine sehr ähnliche Substanz mit dem Namen Leghomoglobin, die wie Hämoglobin und Myoglobin Sauerstoff absorbiert. Dies kommt von Pflanzenarten wie Erbsen und Bohnen, die Wurzelknötchen haben, die Bakterien beinhalten, die Nitrogen aus der Luft in Pflanzendünger umwandeln.

Sauerstoff greift dieses Nitrogen-Umwandlungssystem so aggressiv an, dass einige seiner Bestandteile 99 Prozent seiner Leistung in weniger als sechs Minuten verlieren können. Und daher wird Leghämoglobin verwendet, um es zu schützen, indem es Sauerstoff in die Knötchen aufsaugt. Die Knötchen, welche das Nitrogen festhalten, sind innen wortwörtlich blutrot, da Leghämolglobin die gleiche Farbe wie Hämoglobin besitzt.

Davon abgesehen wird Leghämoglobin verwendet, um den Pflanzenburger sein Aussehen zu verleihen. Der Eisengehalt wird nicht aus den Pflanzen gewonnen, da dies zu ineffizient wäre. Daher wird es mit Hilfe von veränderter Hefe in Wannen mit blutrot gefärbter Flüssigkeit hergestellt – ganz wie in einer Szene aus der Serie True Blood.

Dieser Artikel erschien zuerst auf „The Conversation“ unter CC0 Public Domain. Übersetzung mit freundlicher Genehmigung der Redaktion.


Image „Blätter“ by GLady (CC0 Public Domain)


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Stuart Thompson

Stuart Thompson

beschäftigt sich hauptsächlich mit der Beziehung zwischen der Biochemie von pflanzlichen Zellwänden, der Biochemie von mechanischem Verhalten und der Physiologie von Pflanzen.

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