Pflanzen, die Umweltkontaminanten erkennen kann , Sprengstoffe

Eines Tages, dass Topfpalme in Ihrem Wohnzimmer kann von grün zu weiß zu gehen, darauf aufmerksam zu einer Vielzahl von bösen Schadstoffe in der Luft , vielleicht sogar Sprengstoff .

Der Stoff, aus dem Science-Fiction- sagen Sie? Nicht so , sagt eine der Colorado State University Biologe , deren Forschung wird teilweise von Homeland Security Science and Technology Directorate (DHS S finanziert

Dr. June Medford und ihr Team im Fachbereich Biologie an der Colorado State haben gezeigt, dass Pflanzen können als hochspezifische Wächter für Umweltgiften und Sprengstoffen dienen . Sie wird aktiviert einen Computer entworfene Erkennung Merkmal in Pflanzen funktioniert. Wie? Durch Neuverkabelung natürlichen Signalisierung der Anlage , so dass ein Nachweis der schlechten Dinge führt zum Verlust der grünen Farbe.

Basierend auf der Forschung so weit, sagt Medford die Erkennungsfähigkeiteneiniger Pflanzen (Tabak ist ein Beispiel ) sind ähnlich oder sogar noch besser , als die eines Hundes Schnauze, langem das Markenzeichen einer guten Detektor . Best of all, ist die Trainingszeit nichts im Vergleich zu der eines Hundes.

" Die Idee stammt direkt aus der Natur ", sagte Medford . " Pflanzen können nicht ausgeführt oder ausblenden vor Bedrohungen , so haben sie ausgeklügelte Systeme entwickelt, um zu erkennen und reagieren auf ihre Umwelt. Wir haben ' gelehrt ' Pflanzen , wie man Dinge erkennen wir interessiert sind und reagieren in einer Weise, jeder kann sehen, , uns zu sagen, es ist etwas böse um, indem die Art der Proteine ​​der Anlage verarbeiten Chlorophyll. Unser System , mit Verbesserungen , kann sich die Pflanzen als einfaches und kostengünstiges Mittel für die menschliche Umgebung für Substanzen wie Schadstoffe , Sprengstoff oder Monitor dienen chemische Mittel . "

Die Nachweis Züge könnte in jedem Werk verwendet werden und könnte mehrere Schadstoffe sofort erkennen - Veränderungen , die auch von Satelliten erkannt werden kann. Während sichtbare Veränderung in der Anlage ist nach einem Tag ersichtlich , kann die Reaktion in der Ferne ein paar Stunden zu spüren. Eine spektrale Abbildungssystem , das speziell für den Nachweis von Entgrünung Biosensoren entwickelt würde die schnellste Anzeige eines von den Pflanzen erkannte Bedrohung bereitzustellen.

Computational Design der Erfassungsmerkmalwurde zunächst in Zusammenarbeit mit Professor Homme Hellinga mit Professor David Baker getan an der Duke University , und in jüngerer Zeit an der University of Washington. Die Baker und Hellinga Laboratorien ein Computerprogramm , um natürlich vorkommende Proteine, so genannte Rezeptoren neu zu gestalten. Diese neu -Rezeptoren spezifisch erkennen einen Schadstoff oder explosiv. Medford Labor modifiziert dann diese Computer neu -Rezeptoren in Pflanzen funktionieren , und richtet sie auf die pflanzliche Zellwand , wo sie Schadstoffe oder Explosivstoffe in der Luft oder den Boden in der Nähe der Anlage erkennen kann . Nachdem die Substanz festgestellt wird, ein internes Signal bewirkt, dass die Anlage zu drehen weiß.

Medford und ihr Team wollen beschleunigen Detektionszeit . Die ersten oder der ersten Generation Pflanzen auf einem explosiven in Stunden, aber Verbesserungen sind im Gange, um die Reaktionszeit auf wenige Minuten zu reduzieren. Eine kürzere Reaktionszeit erhöht die Wahrscheinlichkeit der Identifizierung der Bedrohung und Verhütung eines Befalls .

"An diesem Punkt in der Forschung, dauert es Stunden, um eine sichtbare Veränderung der Blattwerk zu erreichen ", sagt Doug Bauer, DHS S

Eine dezentrale , allgegenwärtige Detektionsvermögen könnte die Früherkennung von Bomben Herstellung erlauben , anstatt zu warten, für einen potenziellen Bomber zu einem Verkehrsknotenpunkt oder eine andere Zielzone angezeigt.

Es gibt noch viele , viele Jahre der Forschung vor jeder möglichen Einsatz von Pflanzen Wächter gehen . Sobald der Forschung erreicht einen Punkt, wo es möglich sein kann, zu implementieren , gibt es andere Erwägungen , die es zu berücksichtigen , und weitere Studien unternommen werden, um durchgeführt werden. Zum Beispiel USDA Vorschriften sehen vor, dass gentechnisch veränderte Pflanzen muss durch eine strenge Untersuchung über deren Auswirkungen auf und die Interaktion mit der Umgebung zu gehen , bevor sie angebaut oder in den Vereinigten Staaten angepflanzt werden.

Diese Arbeiten könnten schließlich für eine Vielzahl von Anwendungen, wie die Sicherheit in Flughäfen oder Überwachung von Schadstoffen wie Radon, krebserzeugende Gas, das in Kellern gefunden werden können verwendet werden. Nutzbarmachung Pflanzen als Biosensoren ermöglicht verteilten Erfassung ohne die Notwendigkeit einer Stromversorgung . "Eines Tages kann Pflanzen Strafverfolgungsbehörden bei der Aufdeckung von Meth-Labors unterstützen oder helfen Einsatzkräfte festzustellen, wo gefährliche Chemikalien undicht ", so Bauer . " Die Tatsache, dass DoD , DHS und eine Vielzahl von anderen Agenturen trugen zur Finanzierung dieser Forschung ist ein Indikator für die Breite der Möglichkeiten. "

Hinweise:

Die finanzielle Unterstützung für diese Forschung wurde von der Defense Advanced Research Projects Agency ( DARPA ) vorgesehen , das Office of Naval Research ( ONR ) , die Entdeckung Bioscience Bewertung Grant Program durch den Colorado Amt für Wirtschaftsförderung und Außenhandel , der National Science Foundation (NSF ) , Ministerium für Heimatschutz Science and Technology Directorate (DHS S

Die Forschung von Medford Team erschien in der Fachzeitschrift PLoS ONE .

Quelle:
Gail Cleere oder John Verrico
US Department of Homeland Security - Wissenschaft und Technologie