ساخت چوب شب تاب به کمک قارچ ها

دانشمندان سوییسی موفق به ساخت چوب شب تاب با کمک قارچ ها شدند! تیم تحقیقاتی به سرپرستی قارچ‌شناس “فرانسیس شوارتز” در آزمایشگاه مواد سلولزی و چوب Empa’s در شهر سنت گالن، موفق به ساخت نوع جدیدی از مواد کامپوزیتی مبتنی بر چوب با خاصیت درخشندگی، شدند.
چوب بیولومینسانس تولیدی با این روش، کاربردهای جالبی در صنعت طراحی و دکوراسیون خواهد داشت. این چوب درخشان شب نما و شگفت‌انگیز بیوهیبرید، برای ساخت بسیاری از وسایل تزیینی خاص، کاربرد خواهد داشت.

برخلاف سایر مطالعات در زمینه بیولومنسانس که بر روی موجودات زنده است، این تحقیقات با چوب مرده انجام شد. در نتیجه امکان کاربرد گسترده چوب شب تاب در زندگی معمولی بسیار خواهد بود. فرانسیس شوارتز اعتقاد دارد که این چوب درخشان می‌تواند صنعت معماری و طراحی داخلی را متحول کند و همچنین مصرف انرژی را کاهش دهد.

نتایج این تحقیق در نشریه Advanced Science منتشر شده‌است.

بیولومینسانس چیست؟

به توانایی موجودات زنده برای تولید نور از طریق واکنش های شیمیایی، بیولومینسانس گویند. این پدیده طبیعی خاص، در گونه‌های مختلفی از جانداران مانند کرم شب تاب(Lampyridae)، فانوس ماهی(Photoblepharon)، ماهی مرکب نورانی (Watasenia scintillans)، عروس دریایی و برخی قارچ ها مشاهده می‌گردد.

پدیده بیولومینسانس در طبیعت اهداف مختلفی دارد. از جمله آنها می‌توان مواردی نظیر: جذب طعمه برای شکار، برقراری ارتباط، جفت‌گیری یا حتی مکانیزم دفاعی و ترساندن شکارچیان را نام برد.

عامل اصلی وقوع بیولومینسانس در موجودات زنده، فرآیند آنزیمی به نام لوسیفراز است. طی این فرآیند، اکسیژن به عنوان کاتالیزور آنزیم لوسیفراز را تبدیل یک مولکول به نام لوسیفرین می‌کند. در نتیجه این فرآیند شیمیایی، موجودات زنده از خود نور نئونی ساطع می‌کنند.

این واکنش به اکسیژن نیاز دارد و طی آن نور به همراه مقدار خیلی کمی گرما، آزاد میشود.

اگر واکنش‌های بیولومینسانس مولد نور در طبیعت را بر اساس راندمان مقایسه کنیم، کرم شب تاب با بازده 40% پیشتاز است. بعد از آن عروس دریایی نورانی با 17% و قارچ های شب تاب با 2% قرار دارند.

لوسیفرین چیست؟

لوسیفرین یک مولکول آلی در فرآیند بیولومینسانس است. درخشش نور نئونی زمانی رخ می‌دهد که لوسیفراز تحت کاتالیز با اکسیژن و آدنوزین تری فسفات(ATP)، اکسیداسیون میشود و به لوسیفرین تبدیل میشود. تحت این فرآیند نور با حداقل مقدار گرما ساطع میشود.

چوب شب تاب قارچی

چوب طبیعی شب نما و نورانی برای اولین بار حدود 2400 سال پیش توسط فیلسوف یونانی ارسطو، کشف و توصیف شد. طبق مشاهدات وی، در برخی جنگل‌ها، تکه‌های چوب بطور مرموزی در شب می‌درخشیدند. ارسطو در کتابش، آن را «آتش سرد» نامید. اصطلاحی که بعدها به عنوان “آتش روباه” یا “آتش پری” نیز از آن یاد شد.

دانشمندان بعداً کشف کردند که خاصیت درخشان چوب، به لطف وجود آنزیم لوسیفرین موجود در یک قارچ انگلی شب تاب، است.

قارچ های شب نما

قارچ‌ فاکس فایر(Panellus stipticus) دلیل درخشندگی چوب بیولومینسانس کشف‌شده توسط ارسطو بود. به دلیل نام این قارچ، بعدها به پدیده درخشندگی چوب شب تاب، آتش روباه نیز میگفتند.

البته گونه‌های دیگری نظیر قارچ عسلی بدون حلقه(Desarmillaria tabescens) و قارچ ارواح(Omphalotus nidiformis) خاصیت شب نمایی یا فلورسانس را دارند.

البته این قارچ‌ها، تنها گونه‌هایی نیستند که می‌درخشند. بلکه بیش از 70 گونه قارچ وجود دارد که خاصیت فلوروسنس یا شب نمایی دارند.

این قارچ ها اکنون راه را برای توسعه یک چوب درخشان چشم نواز هموار می‌کنند. فرانسیس شوارتز بیوتکنولوژیست، تقریبا تمامی قارچ های درخشان موجود در طبیعت را ردیابی کرد. وی آنها را در آزمایشگاه تجزیه‌وتحلیل و کد ژنتیکی آنها را رمزگشایی کرد.

از نظر وی قارچ عسلی بدون حلقه(Desarmillaria tabescens) برای ساخت چوب شب تاب بسیار مناسب بود.

قارچ عسلی

قارچ عسل یکی از شگفت انگیزترین موجودات روی کره زمین است. این قارچ ممکن است کف جنگل بصورت خوشه‌ای بروید. اما میسلیوم آن می‌تواند شبکه‌های عظیم زیرزمینی را ایجاد کند. نام لاتین آن آرمیلاریا “Armillaria” است.

جالب است بدانید که بزرگترین موجود زنده جهان، شبکه قارچ عسلی با عمر 2400 سال و مساحتی به وسعت چندین کیلومتر مربع، در ایالت اورگان آمریکا قرار دارد. بزرگترین قارچ اروپا نیز در سوئیس و در گذرگاه اوفن یافت مشود. این قارچ عسلی 1000 سال عمر دارد و مساحتی به اندازه 50 زمین فوتبال را پوشش می‌دهد.

تارهای سیاه رنگ آن که روی چوب و زمین رشد می‌کنند، بسیار چشمگیر و درخشان هستند. رشته‌های میسلیوم، دسته‌های ضخیم و با طول یک متر را تشکیل می‌دهند. این رشته‌ها توسط یک لایه محافظ سیاه‌رنگ حاوی ملانین احاطه می‌شوند. این ریزومورف‌ها به دنبال زیستگاه و منابع غذایی جدید هستند.

قارچ عسلی یک پاتوژن برای درختان و باعث پوسیدگی سفید در آنها می‌گردد. این قارچ پس از رشد، ماده طبیعی لوسیفرین تولید می‌کند که طی یک فرآیند آنزیمی دو مرحله‌ای، تحریک و سبب درخشش می‌شود. چوبی که توسط هیف ها مستعمره شده است، نور سبز از خود ساطع می‌کند.

ترکیب مناسب چوب و قارچ

بر اساس نتایج آزمایشات مختلف و طیف‌سنجی اشعه ایکس، قارچ عسلی بدون حلقه، بهترین گزینه برای ساختن چوب درخشان است. زیرا می‌تواند بدون کاهش پایداری به چوب نفوذ کند. قارچ لیگنین موجود در چوب را متابولیزه می‌کند و خاصیت بیولومینسانس ایجاد می‌نماید.

اما سلولوز موجود در چوب، بدون تغییر باقی می‌ماند. در نتیجه پایداری و استحکام چوب کاهش نمی‌یابد.

در مورد انتخاب نوع چوب نیز پس از آزمایش‌های اولیه با انواع مختلف چوب، نهایتا چوب بالسا (Ochroma pyramidale) را بکار گرفتند. زیرا دارای چگالی بسیار کم و سختی یا مقاومت بالایی بود.

فرایند ساخت چوب شب تاب بیولومینسانس یا فلوروسنس

شوارتز و همکارانش سعی داشتند تا اثر قارچ در نمونه‌های چوب شب نما را بازسازی کنند. برای انجام این کار، آنها یک ترفند زیرکانه را از طبیعت به عاریت گرفتند تا چوب شب نما و درخشان را بسازند.

برای ساخت چوب بیولومینسانس، محققان میسلیوم قارچ عسلی را به همراه چوب درخت بالسا، در محیط بسیار مرطوب به مدت 3 ماه، در دستگاه انکوباتور قرار دادند. در طی زمان انکوبه، چوب بالسا تا هشت برابر وزن خود آب جذب می‌کند. جذب آب، شرط لازم برای شروع فرایند استعمار چوب توسط قارچ خواهد بود.

با این روش یک مخلوط هیبرید زیستی(بیوهیبرید) ایجاد می‌شود. پس از گذشت زمان لازم(3 ماه)، چوب شب تاب، در درخشنده‌ترین حالت خود قرار می‌گیرد. البته درخشش زمانی شروع می‌شود که چوب در معرض اکسیژن قرار گیرد.

ترکیب بیوهیبریدی چوب درخشان، هنگان قرارگیری در معرض هوا، شروع به واکنش و تولید نور می‌نماید. روشنایی حداکثری آن پس از حدود 10 ساعت، حاصل می‌گردد. این نور سبز نئونی به مدت 10 روز با با طول موج 560 نانومتر، از چوب ساطع می‌شود.

هدف دانشمندان افزایش روشنایی و افزایش مدت زمان انتشار نور در تحقیقات آینده است. محققان امیدوارند بتوانند با ایبداع روشی، طول عمر چوب شب تاب را بهبود بخشند.

مولف:

گردآوری، ترجمه و تحریر توسط تیم رسانه هاگ
کپی فقط با ذکر منبع مجاز است.
منبع: techno-science.net و iflscience.com و the-microbiologist.com و imnovation-hub.com