植物は氷の形成による損傷からどのように身を守るのでしょうか?細胞液中の「不凍液」に加えて、いくつかの種の葉の小さな表面構造もこの目的を果たしていると研究者は報告している：小さな毛とワックス層が着氷を防止または制御していることが、極低温顕微鏡研究で示されている。科学者らは、これらの天然特許についてさらに詳細な洞察が得られれば、生物学的重要性だけでなく技術的重要性も持つ可能性があると述べている。
鋭くて硬いため、敏感な組織構造を突き刺します。氷の結晶の形成は、生物にとって大きな脅威となります。凍結から身を守るために、多くの動物は自ら熱を発生させたり、体を断熱したり、霜のない隙間に隠れたりします。しかし、植物は霜から逃れることはできません。 「したがって、私たちの野生植物の多くは、進化の過程で氷結に対する保護機構を発達させてきました」とキール大学のスタニスラフ・ゴーブ氏は言う。これまでの研究は主に植物の樹液に含まれる化学物質「不凍液」に焦点を当ててきた。とりわけ、高い糖分とその他の化学的側面により、氷点下での破壊的な氷の結晶の形成から細胞が保護されます。スタニスラフ・ゴーブは、同僚で妻のエレナ・ゴーブとともに、植物の表面特性が霜よけに果たす役割を示しています。
マイナス140℃での試験
彼らの結果は、いわゆるクライオ走査型電子顕微鏡を使用した研究に基づいています。他の方法とは異なり、凍結状態での生体サンプルの分析が可能です。これらの特殊な顕微鏡のサンプルチャンバーは、摂氏マイナス 140 度まで冷却できます。このようにして、サンプルの構造が保存され、氷結に関連する特定の反応を調べることができます。このようにして、研究者らは、植物の特定の微細構造が氷の結晶の表面形成にどのような影響を与えるかを理解することができました。焦点は、さまざまな野生植物のさまざまな種類の葉にありました。
研究者らの報告によると、現在、葉にはほぼ相反する2つの保護機構が存在する。「植物は、葉上の小さな毛やワックス状の層を通じて、直接葉の表面に着氷するのを避けるか、少なくとも制御することができる」とエレナ・ゴーブ氏は言う。研究が示すように、毛髪構造への影響は、いわゆるトリコームの水を引き付ける (親水性) 特性に基づいています。その結果、氷の結晶は葉の表面ではなく、これらの突出構造上に形成されることを好みます。このようにして、敏感な組織は氷の形成による破壊的な影響から保護される、と研究者らは説明する。
技術的な可能性を秘めた自然研究
もう 1 つのコンセプトは、撥水 (疎水) 効果を利用したものです。葉の表面にある特別に構造化されたワックス層により、水滴が効果的に転がり落ちます。これは、ごくわずかな水分子だけがくっついて氷の結晶を形成できることを意味します。その後、ワックス層に浸透することができないため、より深い葉組織は保護されたままになります。研究者らは、極度の氷に覆われた植物で、特に複雑な形の寒さに対するワックス防御を発見した。デシャンプシア・アンタークティカは、南極大陸に2つしかない開花植物のうちの1つである。非常に複雑な形態のワックスコーティングがあり、これが凍害に対する高い耐性に関係している可能性があると科学者らは述べている。
彼らが強調しているように、植物が極度の氷点下でどのように生き残るかについての情報を提供することに加えて、彼らの研究はテクノロジー、特に航空にとって重要な意味を持つ可能性がある。開発中のものの1つは、問題となる氷結晶の形成から表面を保護することである。働きました。 「進化の過程で、植物は寒さから身を守るためのさまざまな方法を開発してきました。 「葉が水と相互作用するときに葉の表面で何が起こるかは、技術的な『耐氷』表面の開発に刺激的な洞察をもたらす可能性があります」とスタニスラフ・ゴーブ氏は言う。だからこそ、さらなる研究が現在求められている。「これらのプロセスについてはまだほとんどわかっていません」と科学者は強調する。
出典:キール大学
