دراسة: السبانخ تكشف المتفجرات وترصد الإشعاعات في التربة

دراسة: السبانخ تكشف المتفجرات وترصد الإشعاعات في التربة

قد يبدو الأمر ضرباً من الخيال، أو مستوحى من فيلم خيال علمي مستقبلي، لكن العلماء تمكنوا من هندسة نباتات السبانخ القادرة على إرسال رسائل البريد الإلكتروني.

من خلال تقنية النانو، قام المهندسون في “معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا” في الولايات المتحدة من تحويل السبانخ إلى أجهزة استشعار قادرة على اكتشاف المواد المتفجرة. ثم تصبح هذه النباتات قادرة على نقل هذه المعلومات لاسلكياً إلى العلماء.

عندما تكتشف جذور السبانخ وجود النيترواروماتيك في المياه الجوفية، وهو مركب يوجد غالباً في المتفجرات مثل الألغام الأرضية، فإن الأنابيب النانوية الكربونية داخل أوراق النبات ترسل إشارة. ثم تتم قراءة هذه الإشارة بواسطة كاميرا تعمل بالأشعة تحت الحمراء، وإرسال تنبيه بالبريد الإلكتروني إلى العلماء.

تعد هذه التجربة جزءاً من مجال بحث أوسع يتضمن هندسة المكونات والأنظمة الإلكترونية في النباتات. تُعرف هذه التقنية باسم “علم النبات النانوي”، وهي عملية فعالة لمنح النباتات قدرات جديدة.

البروفيسور مايكل سترانو الذي ترأس البحث قال: “النباتات كيميائيون تحليليون جيدون جداً، لديهم شبكة جذر واسعة في التربة، ويقومون باستمرار بأخذ عينات من المياه الجوفية، ولديهم طريقة للتشغيل الذاتي لنقل تلك المياه إلى الأوراق”.

وأضاف قائلاً: “هذا عرض جديد لكيفية التغلب على حاجز الاتصال بين النبات والبشر”.
الهدف من هذه الدراسة هو الكشف عن المتفجرات، يعتقد سترانو وعلماء آخرون أنه يمكن استخدامها للمساعدة في تحذير الباحثين من التلوث والظروف البيئية الأخرى، نظراً للكم الهائل من البيانات التي تمتصها النباتات من محيطها، فهي في موقع مثالي لمراقبة التغيرات البيئية.

في المراحل المبكرة من أبحاث النباتات النانوية، استخدم “سترانو” الجسيمات النانوية لتحويل النباتات إلى مستشعرات للملوثات، من خلال تغيير طريقة التمثيل الضوئي للنباتات، ثم جعلها تكتشف أكسيد النيتريك، وهو ملوث ناجم عن الاحتراق.

يقول سترانو: “النباتات شديدة الاستجابة للبيئة، إنهم يعلمون أنه سيكون هناك جفاف قبل وقت طويل من حدوثه، ويمكنهم اكتشاف التغيرات الصغيرة في خصائص التربة والمياه المحتملة، إذا استفدنا من مسارات الإشارات الكيميائية هذه ، فهناك ثروة من المعلومات للوصول إليها”.

عندما لا يكون مشغولاً بإرسال بريد إلكتروني للباحثين، يبدو أن السبانخ تحمل أيضاً مفتاح تشغيل خلايا الوقود بكفاءة.

وجد علماء من الجامعة الأميركية أنه عندما يتم تحويل السبانخ إلى صفائح نانوية كربونية، يمكن أن تعمل كعامل مساعد لجعل بطاريات الهواء المعدنية وخلايا الوقود أكثر كفاءة.

يوضح البروفيسور شوزهونغ زو الذي قاد الورقة البحثية: “هذا العمل يشير إلى أنه يمكن صنع محفزات مستدامة لتفاعل تقليل الأكسجين من الموارد الطبيعية”.

فيما تعد بطاريات “Metal-air” بديلاً أكثر كفاءة في استخدام الطاقة لبطاريات الليثيوم أيون، والتي توجد عادة في المنتجات التجارية مثل الهواتف الذكية.

وتم اختيار السبانخ على وجه التحديد بسبب وفرة الحديد والنيتروجين، وهما عنصران مهمان في المركبات التي تعمل كمحفزات. كان على الباحثين غسل السبانخ وعصرها وطحنها وتحويلها إلى مسحوق، ثم تحويلها إلى صفائح نانوية مناسبة لهذه العملية.

“زو” أضاف قائلاً: “يمكن أن تنتج الطريقة التي اختبرناها محفزات عالية النشاط قائمة على الكربون من السبانخ، وهي كتلة حيوية متجددة. في الواقع ، نعتقد أنها تتفوق على محفزات البلاتين التجارية في كل من النشاط والاستقرار”.