Kan vi designe bedre blade end naturen?

Grønne planter bruger sollys til at omdanne CO2 fra luften til den energi, de bruger på at vokse. På denne måde opsamler planter kulstof fra atmosfæren, og den opsamling sker primært i bladene. Gennem millioner af år har grønne landplanters blade udviklet sig for at optimere denne proces og til samtidig at kunne modstå vind og vejr, tyngdekraften og plantespisende dyr.

Men har evolutionen gjort arbejdet godt nok? Er nutidige planters blade superoptimerede på alle punkter, eller kan vi mennesker give evolutionen et rygstød? Kan vi designe kunstige blade, der gør arbejdet endnu bedre, eller måske endda give naturen et evolutionært nøk med på vejen?

Det er formålet med et nyt tværfagligt forskningsprojekt, der binder biologier og ingeniører fra Aarhus Universitet, Yale Universitetet, Canadas McGill Universitet, samt det britiske Imperial College sammen. Projektet, der går under navnet ”Fotosyntesens Arkitektur”, er støttet af Human Frontier Science Program (HFSP) med ca. 10,3 mio. kr. (1,5 mio. USD).

”På trods af rigtig megen forskning har det længe været en vanskelig udfordring at forstå, hvordan planter forener optimeringen af blades struktur til både lysindfangning og fotosyntetisk aktivitet med den arkitektoniske stabilitet, der skal til for at modstå tyngdekraft og vind,” siger adjunkt Matteo Pezzulla, leder af forskningsgruppen Slender Structures på Aarhus Universitets Institut for Mekanik og Produktion, der leder den danske del af projektet.

Blades evolutionære arkitektur er på millimeterskalaen en sandwichstruktur, der består af stive overflade-ark adskilt af en blødere kerne af svampet væv, der udfører fotosyntese, kaldet mesofyl. Den flade ydre form af de fleste planteblade er designet til optimal eksponering for solen

Omfattende forskning har koncentreret sig om blades arkitektur og de styrkende strukturer, der gør dem i stand til at modstå skadelige kræfter, men forskningen har imidlertid forsømt at forklare, hvordan mesofylet bevarer sin strukturelle integritet og optimerer udvekslingen af gasser for at understøtte fotosyntese. Det skal projektet her rette op på:

”Blade skal bevare deres strukturelle integritet, og samtidig optimere udvekslingen af gasser til fotosyntese med en tynd, porøs og alligevel stærk struktur. Vi skal studere denne midterstruktur nærmere og kigge på både mikro- og makromekanik i bladenes struktur: Er det naturlige bladdesign optimalt i forhold til de biologiske processer, det skal kunne udføre, eller kan det gøres bedre? Hvis vi bedre forstår, hvordan vi kan optimere i forhold til fotosyntesen, kan vi måske opfinde planter, der er mere modstandsdygtige under hurtigt skiftende miljøforhold, eller bruge den viden til biomimetik,” siger Matteo Pezzulla.

Han fortsætter:

”Dette projekt er et perfekt eksempel på, hvorfor det er så vigtigt at bringe teknik og ingeniørvidenskab i spil for at løse problemstillinger inden for andre discipliner.”

Projektet er et forskningssamarbejde mellem universiteterne McGill, Yale, Imperial College og Aarhus Universitet. Projektet starter i slutningen af 2023 og kører i tre år.