211service.com
Eerste poging om biomagnetisme van planten te meten mislukt
Gevoelige magnetische veldmetingen geven biologen een uniek inzicht in de elektrische functie van het lichaam. De techniek van magneto-encefalografie levert bijvoorbeeld verbazingwekkende inzichten op in de manier waarop het menselijk brein werkt.
Maar hoe zit het met planten, vragen Eric Corsini en maatjes van de University of California, Berkeley. Ze zijn zeker te lang genegeerd. Voor zover wij weten, heeft nog niemand het magnetische veld van een plant gedetecteerd, zeggen ze. Deze jongens zijn dapper begonnen om dit onrecht recht te zetten.
Er was een tijd dat supergeleidende kwantuminterferentie-apparaten (SQUIDS) de bijenknieën waren als het ging om het meten van magnetische velden. Hoewel SQUIDS een duizelingwekkende reeks parafernalia nodig hebben om ze bij superkoele temperaturen te laten werken, kan niets hun gevoeligheid of prestaties verbeteren.
Dat is allemaal veranderd met de dramatische verbeteringen die de afgelopen jaren zijn aangebracht met spin-exchange relaxatievrije (SERF) magnetometers. Deze werken door een bundel circulair gepolariseerd licht door een kleine wolk rubidium-atomen te sturen. Elk klein magnetisch veld heeft de neiging de elektronen in de atomen op één lijn te brengen, waardoor ze gepolariseerd licht absorberen dat door de wolk gaat. De hoeveelheid doorgelaten licht is dus een maat voor de sterkte van het veld.
SERF's zijn minstens zo gevoelig als SQUIDS, in staat om velden in het nanoG-regime te detecteren (het magnetische veld van de aarde aan het oppervlak is ongeveer 500 milliG). Ze zijn klein, slechts een paar kubieke millimeter groot, en het beste van alles is dat ze bij kamertemperatuur kunnen werken zonder ingewikkelde cryogene dingen.
Bijgevolg openen SERF's geheel nieuwe soorten magnetische veldmetingen.
Corsini en vrienden hebben hun SERF's gebruikt om te proberen het magnetische veld te meten dat wordt gegenereerd door Trudy, een zeldzaam bloeiende plant die momenteel in de Botanische Tuin van de Universiteit van Californië in Berkeley staat.
Trudy is een amorphophallus, een geslacht dat zijn naam ontleent aan het Grieks voor misvormde penis. Ze bloeit maar eens in de zes jaar, tijdens een evenement dat even beroemd als zeldzaam is geworden. Wanneer Trudy bloeit, produceert ze een rottende stank die doet denken aan rottende lijken die zowel insecten als toeristen in de wijde omtrek aantrekt.
Tijdens dit proces wordt haar kolf (het misvormde penisgedeelte van de bloem) in cycli van ongeveer 30 minuten tot 30 graden Celsius opgewarmd.
Corsini en co redeneerden dat als de temperatuurstijging het gevolg is van ionenstromen in de plant, ze ook geassocieerd moeten worden met een biomagnetisch veld van ongeveer 10 microG. En de snelheid van het proces maakt de metingen mogelijk over een redelijke periode mogelijk.
Dus richtten hij en de anderen een winkel op in de botanische tuin van de Universiteit van Californië, gewapend met een paar SERF's die zulke gevoelige metingen konden doen.
Het blijkt natuurlijk dat deze metingen lastiger zijn dan ze klinken. Trudy's kas heeft verwarmingen die regelmatig aan en uit gaan om een tropische temperatuur te behouden, het is gevuld met talloze botanici en toeristen die allemaal nieuwsgierig zijn om Trudy in haar mooiste uurtjes te zien en te ruiken en het is onaangenaam dicht bij de BART-forenzentrein naar San Francisco.
Corsini en co gaan verder met het verhaal: We observeerden visueel de anthese (begin van de bloeifase) om ongeveer 21.00 uur in de nacht van 22 juni.
Op dat moment waren ze al aan het opnemen, maar wat zagen ze? De BART-vrije tijdsperioden (1 - 5 uur 's ochtends) zijn duidelijk zichtbaar als relatief magnetisch rustige perioden op elk van de twee magnetometerkanalen, zeggen ze, en voegen eraan toe dat grote magnetische veldfluctuaties ook zichtbaar zijn tijdens de open uren van de tuin (9 uur - 17.00 uur) wanneer bezoekers rondscharrelen.
Ze zien ook enkele vreemde sprongen in de metingen. Discontinuïteiten in de data werden veroorzaakt door het onbedoeld verplaatsen van de pot en/of de sensoren, vermoedelijk doordat bezoekers tegen de plant en de omringende apparatuur aanliepen.
Maar hoe zit het met het biomagnetische veld? Corsini en co zeggen dat hun metingen een bovengrens van 0,6 microG plaatsen op de amplitude van het biomagnetisme dat door de plant wordt gegenereerd. Met andere woorden, de biomagnetische velden waren te klein om te meten.
Dat is jammer, maar wat ging er mis? Het is waarschijnlijk dat Corsini en co de grootte van het veld hebben overschat dat ionische stromen in de plant zouden kunnen genereren. Ze gaan ervan uit dat de warmte elektromagnetisch wordt gegenereerd door de stroom van ionenstroom door een weerstand.
Dat is misschien niet het geval. Trudy's opvliegers kunnen ook worden veroorzaakt door een of ander exotherm chemisch proces. Als dat het geval is, kunnen de velden zelfs te klein zijn voor een SERF om op te halen.
Maar gevoeligere metingen moeten mogelijk zijn. Corsini en vrienden zijn nu van plan hun metingen in meer geïsoleerde omgevingen uit te voeren met behulp van beter beheersbare planten. Een venusvliegenval moet bijvoorbeeld netjes in een standaard natuurkundig laboratorium passen en kan naar believen worden geactiveerd.
Trudy was zeker het proberen waard, gezien haar grootte en stofwisselingssnelheid, maar het ziet ernaar uit dat we nog even moeten wachten op de eerste ondubbelzinnige detectie van een biomagnetisch veld opgewekt door een plant.
De volgende keer kunnen Corsini en co hun werk tenminste doen zonder de geur van rottende lijken in de lucht.
Referentie: arxiv.org/abs/1006.3578 : Zoeken naar plantenbiomagnetisme met een gevoelige atomaire magnetometer