Стефано Манкузо - Революция растений

• Название: Революция растений
• Автор: Стефано Манкузо
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2019
• ISBN: 978-5-04-094383-8

Новая книга Стефано Манкузо также посвящена уникальным и неожиданным возможностям растений. Жизнь в экстремальных условиях, защитная маскировка от хищников, передвижение без потребления энергии, наконец, манипуляция животными и людьми – вот лишь то немногое, о чем рассказывает талантливый ученый. Книга наполнена потрясающими цветными иллюстрациями самих героев!

---

Проект предусматривал выброс большого количества плантоидов в марсианскую атмосферу, где предполагалось их оставить. По своим размерам они не должны были превышать 10 см. Плантоиды рассеялись бы по Красной планете и запустили корни в марсианскую почву. Так им удалось бы исследовать подпочвенные слои, наружные же подобия листьев обеспечивали бы им практические неиссякаемый приток энергии, благодаря фотоэлементам. Наш проект обещал переворот в освоении Марса! Вместо того, чтобы отправлять на Марс огромные и дорогущие марсоходы, которые двигаются очень медленно и способны исследовать лишь небольшой кусочек поверхности планеты, можно было заслать туда тысячи плантоидов, которые бы исследовали не только почвы, но и атмосферу, распространились по значительной площади и, не двигаясь вовсе, могли бы связываться между собой и с командным пунктом на Земле. Плантоиды передавали бы данные о составе почв из разных уголков Марса, что позволило бы значительно быстрее и точнее построить карту планеты.

По завершении исследования для ЕКА проект снова подвис и несколько лет ожидал финансирования. Наконец, в 2011 году мы с Барбарой попробовали получить помощь от Европейского союза – мы приняли участие в конкурсе самых фантастических проектов, характеризующихся высокой вероятностью неудачи и в то же время высоким уровнем инновационности. Эта программа получила название FET (Future and emerging technologies) и стала самой престижной ареной конкуренции за финансирование среди авторов самых революционных идей в области новых технологий в Европе. Мы назвали нашу заявку «Плантоид». Проект «Innovative robotic artefacts inspired by plant roots for soil monitoring» («Инновационная роботизированная технология мониторинга почв на основе устройства корневой системы растений») получил умопомрачительную оценку – 15 баллов из 15! Абсолютное большинство голосов! Таким образом у нас появилось нормальное финансирование, которое позволило построить первый плантоид.

Первый прототип плантоида, сконструированный для европейского проекта FET (Технологии будущего), погружает корни в почву.

Последующие три года мы посвятили решению тысяч проблем, возникших в процессе проектирования и изготовления модулей, из которых состоит наш плантоид, и его окончательной сборке. Одним из главных камней преткновения для лаборатории Барбары стал процесс имитации роста корня – и он же принес наибольшие дивиденды. Это была на самом деле серьезная задача. Создание механизмов, способных к самовоспроизведению, является одной из ключевых проблем робототехники.

У растений процесс роста и движения корней обеспечивается двумя механизмами: делением клеток меристематических тканей[4] в зоне деления на конце корня и распуханием клеток в задней части корня, так и именуемой – зоной роста. Оба эти механизма мы попытались воспроизвести в конструкции наших искусственных корней с помощью резервуара для пластика, который использовался для постоянного наращивания автоматического корня. Кроме того, стремясь воспроизвести разнообразные способности природного корня, мы снабдили наш автоматический корень акселерометром для надежного определения направления приложения силы тяжести; датчиком влажности, чтобы воспроизвести способность растения чувствовать малейшие изменения гидрорежима; несколькими химическими сенсорами; осмотическими преобразователями (устройствами, преобразовывающими осмотическое давление в движение), которые обеспечивали сохранение направления и проникновение в почву. Робот-корень был снабжен микроконтроллером, который обрабатывал информацию, поступающую от различных сенсорных устройств и создавал подобие распределенного интеллекта, свойственного растительным корневым системам. Когда мы наконец сконструировали корни аппарата, пришлось заняться листьями. Эта задача была менее сложной, и ее удалось решить с помощью фотоэлементов, которые имитировали процесс фотосинтеза и снабжали наш аппарат энергией, необходимой для выполнения всех оперативных функций.

Плантоид, воспроизводя адаптивную стратегию растения, движется очень медленно, тщательно исследуя окружающую среду, активно реагируя на изменения и демонстрируя низкое энергопотребление. Корни плантоида растут, как настоящие, и постепенно погружаются в почву с помощью осмотических преобразователей нового вида; все плантоиды коммуницируют между собой, обмениваясь данными и создавая распределенный интеллект, типичный для мира растений.

Сегодня плантоиды стали реальностью – их можно использовать в самых различных ситуациях и обстоятельствах: в местах химического или радиационного заражения, в случаях террористических атак, для картирования минных полей, исследования космоса, геологической разведки или поисков нефтяных месторождений, в мелиорации или высокотехнологичном сельском хозяйстве. Барбара продолжает совершенствовать аппарат и создавать специализированные версии для различных вариантов применения.

Итак, мы стоим в самом начале очень интересного пути, при этом количество людей, поддерживающих идеи воплощения в робототехнике принципов устройства растительного мира, постоянно растет. И я надеюсь, даже, скорее, уверен в том, что пройдет совсем немного времени, и мы увидим целые группы мирных плантоидов, ухаживающих за садами и фермерскими хозяйствами.

Библиография

F. Baluška, S. Mancuso, D. Volkmann, Communication in plants. Neuronal aspects of plant life, Springer, Berlino 2006.

P.B. Barraclough, L.J. Clark, W.R. Whalley, How do roots penetrate strong soil? «Plant and soil», 255, 2003, стр. 93–104.

A. Braun, The vegetable individual, in its relation to species, «The American journal of science and arts», 19, 1855, стр. 297–318.

C. Darwin, Journal of researches into the geology and natural history of the various countries visited by H.M.S. Beagle, under the command of captain Fitzroy, R.N., from 1832 to 1836, Colburn, Londra 1839 (trad. it. Viaggio di un naturalista intorno al mondo, Giunti, Firenze 2002).

E. Darwin, Phytologia. Or the philosophy of agriculture and gardening, Johnson, Londra 1800.

J.H. Fabre, La plante. Leçons à mon fils sur la botanique, Librairie Charles Delagrave, Parigi 1876.

J.W. von Goethe, Versuch die Metamorphose der Pflanzen zu erklären, C.W. Ettinger, Gotha 1790 (trad. it. La metamorfosi delle piante, Guanda, Parma 2013).

E.L. Greacen, J.S. Oh, Physics of root growth, «Nature new biology», 235, 1972, стр. 24–25.

S. Mancuso et al., Plant neurobiology. An integrated view of plant signaling, «Trends in plant science», 11 (8), 2006, стр. 413–419.

S. Mancuso et al., The plant as a biomechatronic system, «Plant signaling & behavior», 5 (2), 2010, стр. 90–93.

S. Mancuso, B. Mazzolai, Il plantoide. Un possibile prezioso robot ispirato al mondo vegetale, «Atti dei Georgofili 2006», с VIII, vol. 3, том II, 2007, стр. 223–234.

D. Murawski, Genetic variation within tropical tree crowns, in Biologie d’une canopée de forêt équatoriale. III: rapport de la mission d’exploration scientifique de la canopée de Guyane, octobre-décembre 1996, a cura di F. Hallé et al., Pronatura International e Opération canopée, Parigi-Lione 1998.

III Тонкое искусство мимикрии

Воссоздание природной красоты либо следует одной-единственной модели, либо является результатом соединения в одно целое результатов наблюдений над разными моделями.

Иоганн Винкельман. Рассуждения о подражании

Чем больше я изучаю природу, тем глубже становится моя убежденность, что различные приспособления и улучшения, медленно зарождающиеся в процессе случайных изменений, неспешных и многократных, какого-либо организма, и сохраняемые и накапливаемые в силу приносимой ими пользы организму в сложных и постоянно меняющихся условиях жизни, безусловно оставляют далеко позади те приборы и приспособления, каковые способна придумать самая буйная человеческая фантазия.

Чарлз Дарвин. Различные приспособления, при помощи которых орхидеи опыляются насекомыми

Эти растения, относящиеся к роду Lithops, получили название «живые камни». Они растут в самых засушливых районах Южной Африки и Намибии

Найти образец для подражания, прикинуться и победить

Когда речь заходит о способностях к мимикрии, обычно в качестве примеров приводятся те или иные животные: хамелеон, палочник, богомол, некоторые виды бабочек и гусениц, разные рыбы, камбала, осьминог… И при этом никто не вспоминает о растениях, хотя они могут составить достойную конкуренцию самым изощренным чемпионам мимикрии животного мира, и которые в своих способностях порой достигают гораздо большего изящества и изобретательности.

В природе существуют самые разные формы мимикрии. Чаще всего мы встречаемся с двумя основными формами, имеющими по большей части камуфляжный характер: мимикрией цвета и формы, когда один организм имитирует другой, подражая его форме, цвету, поведению, и мимикрией, имитирующей исчезновение, когда организм делается невидимым, подражая окружающей среде. Однако термином «мимикрия» следовало бы обозначать феномен, имеющий гораздо более разнообразные проявления, о которых многие и не подозревают. Чтобы вы смогли понять по-настоящему природу и механизм этого явления, потребуется небольшое отступление от темы. Вы увидите, что оно необходимо для продолжения повествования.