Нови знания за гигантските водни лилии може скоро да се приложат в инженерството

Наука Природа • •

Гигантските амазонски лилии са най-големите и най-силни плаващи растения в света. Тяхната структура вдъхновява конструкторите по целия свят и може да намери широко приложение в строителството – от изграждането на небостъргачи до вятърни турбини.

Главният градинар в Ботаническата градина на Либерец в Чешката република Петра Пютова показва водни лилии - от най-малката водна лилия в света (Nympha...

Главният градинар в Ботаническата градина на Либерец в Чешката република Петра Пютова показва водни лилии - от най-малката водна лилия в света (Nymphaea thermarum) до най-голямата - гигантската амазонска водна лилия (Victoria amazonica).

© CTK/AP IMAGES

Гигантската амазонска водна лилия отдавна очарова учени, архитекти, дизайнери и художници със своята красота и огромен размер. Листата на лилията могат да нараснат до 3 м в диаметър и са достатъчно силни, за да издържат теглото на малко дете. Как е възможно беше мистерия - досега.

Екип от британски и френски учени, изучаващи структурата на листата на гигантското растение, документират мрежа от разклонения, подобни на кръвоносна система, създадени, за да придават здравина. Новото изследване, публикувано в Science Advances, може да превърне това, което Крис Торагуд, заместник-директор на Ботаническата градина и дендрариум в Оксфордския университет, нарича „голяма ботаническа загадка“ в ръководство, което да вдъхнови по-усъвършенствано инженерство и дизайн в сградите - особено в плаващите конструкции.

„Това, което показахме чрез нашите емпирични експерименти и математическо моделиране, беше, че тези листа притежават уникална здравина и гъвкавост, която им позволява да пораснат наистина големи“, казва Торагуд, водещ автор на изследването.

Вдъхновяващите жилки

Отгоре листът на амазонска водна лилия прилича на голяма зелена чиния. Но източникът както на красотата, така и на “мускулите” му се вижда само отдолу.

Долната страна на листа е изцяло покрита с мрежа от груби жилки (вени), които започват от стъблото. Основните жилки (артерии) стават все по-тънки и разклонени, приближавайки се до ръба на листа. Те се пресичат през равно разстояние с други жилки, образуващи уникални за този род водни лилии концентрични кръгове. Цялостният ефект е поразителен: сложна мрежа от жълти вени на фона на тъмнозеленото или червено на листа. (Има два вида гигантска водна лилия, които имат различен цвят от долната страна.)

Гигантската лилия е открита от британски изследователи в Южна Америка през 1801 г. Тя бързо придобива популярност във Викторианска Англия, където е дадено името на рода ѝ Victoria в чест на младата кралица Виктория, а растението става символ на Британската империя.

Но то се превръща в нещо повече от символ, докато ботаниците непрестанно се опитват да го култивират. „Това беше мания“, пише Татяна Холуей в книгата си „Цветето на империята“.

Ботаникът Алберто Тринко показва обърнато листо на гигантска водна лилия в Кралската ботаническа градина в Лондон.

Ботаникът Алберто Тринко показва обърнато листо на гигантска водна лилия в Кралската ботаническа градина в Лондон.

© GETTY IMAGES

Подлагане на стрес тестове

За да порасне до 3 м в диаметър, много повече от всяка друга водна лилия, амазонската водна лилия трябва да е силна. А тъканта на листа между жилките е с дебелина едва около милиметър. Водата, върху която плава листото, поддържа теглото му, но то трябва да устоява и на валежите при тропическите бури, както и на тежестта на птиците, които кацат върху него, без да се накъсва или да бъде потопено.

„След като листът е потопен, той губи възможността да фотосинтезира“, казва Фин Бокс, съавтор на доклада.

Тайната на амазонската водна лилия е в нейната изпъкнала съдова система - биологична технология, която липсва при по-малките водни лилии, които приличат на плоски дискове с тънки, едва забележими жилки.

Бокс и колегите му измерват силата на лилията чрез серия от тестове. Най-напред, те отделят листа с дължина един метър от стъблото, като ги прикрепват към калта отдолу, близо до брега на езеро.

След това заснемат с камера степента на деформация на всяко листо, когато го натискат надолу или поставят тежест върху него. Тези стрес тестове показват, че листата на амазонската водна лилия са съществено по-твърди и следователно по-силни от по-малките листа при други, по-често срещани видове лилии.

При следващата стъпка учените създават 3-D компютърни модели, за да проверят хипотезата си за това как амазонските лилии “работят” на практика. Това, което откриват, е, че мрежата от разклонени жилки на гигантската водна лилия, които са много дебели близо до центъра и се стесняват към ръба на листа, разпределят равномерно теглото му. По този начин той става по-твърд и способен да поддържа масата си, като същевременно придобива еластичност, която му позволява да “отскача”, без да се разкъсва, когато каца птица – и прави това много ефективно.

Бъдещи приложения

Амазонската водна лилия процъфтява в сезонно наводнени части на басейна на Амазонка, където разполага с около шест месеца, през които да расте, преди водата да изчезне отново. През този период нейните гигантски листа ѝ позволяват да поглъща максимално количество слънчева светлина.

Жилките, поддържащи листата, всъщност позволяват на растението да използва повече площ за фотосинтеза, като същевременно използва по-малко биомаса.

„Колкото по-голяма е повърхността, толкова повече фотосинтеза се осъществява“, казва Бокс. "Това съотношение между растителната материя и способността за фотосинтеза очевидно е важна за гигантските водни лилии."

Хората вече са разработили биомиметични приложения, вдъхновени от растения, като велкро от репей (текстилните закопчалки) и самопочистващи се повърхности от листа на лотос. Освен като допълнение към подобряването на дизайна на плаващи конструкции, новите открития за гигантската водна линия може да вдъхновят нови устойчиви проекти за конструиране на международни вятърни турбини или дори плаващи „морски“ общества. През 2008 г. белгийският архитект Винсент Калебаут проектира плаващ град, базиран на структурата на лист на гигантска водна лилия, наречен „Lilypad – плаващ екополис за климатични бежанци“.

„Може би това, което ние инженерите можем да си кажем, е: „Хей, някой мислил ли си е за разклоняващи се греди или греди с различни напречни сечения?““, размишлява Бокс.

Има нещо поетично в идеята един ден хората да използват слънчеви панели, плаващи спокойно върху платформа, вдъхновена от амазонската водна лилия, за да събират възможно най-много слънчева енергия – точно както прави това растение в продължение на милиони години.