Наночастицы — крошечные частицы в тысячи раз меньше человеческого волоса — окружают нас повсюду.

Они попадают в воздух из выхлопных труб машин, заводских труб, лесных пожаров и вулканов.

Ученые даже создают искусственные наночастицы для сельского хозяйства: они могут доставлять удобрения точно в цель, защищать растения от засухи или работать как микроскопические датчики.

Но у этой технологии есть обратная сторона. Новое исследование Калифорнийского университета в Риверсайде показало, что, проникая в клетки растений, наночастицы меняются и мешают фотосинтезу — процессу, с помощью которого растения превращают солнечный свет в питательные вещества.

Результаты опубликованы в издании Nature Nanotechnology.

Половина всех удобрений с ферм просто загрязняет грунтовые воды, а из пестицидов до цели доходит лишь 5%. Нанотехнологии могли бы это исправить, но сначала нужно понять, как они работают внутри растений, — говорит Хуан Пабло Хиральдо, руководитель исследования.

Ученые выяснили, что, попадая в клетки, наночастицы покрываются липидами — компонентами клеточных мембран. Это заставляет их сильнее связываться с Рубиско — ключевым белком фотосинтеза. В результате растение хуже усваивает углекислый газ и производит меньше сахаров, необходимых для роста.

Рубиско — белок, который помогает растениям усваивать углекислый газ и превращать его в сахара. Без него не было бы ни урожаев, ни кислорода в атмосфере.

Как это обнаружили

• Сравнили поведение наночастиц в пробирке и живых клетках.
• Измерили, как меняется поглощение CO₂ у растения арабидопсиса.
• Выяснили, что в клетках активность Рубиско падает в три раза.

Раньше мы думали, что все дело в заряде частиц, но оказалось — проблема в их трансформации внутри растений, — объясняет Хиральдо.

Теперь ученые хотят создать наночастицы, которые не будут мешать фотосинтезу. «Мы только в начале пути, но уже знаем, как их улучшить», — говорит Кэтрин Мерфи, соавтор исследования.

Это исследование — важный шаг к безопасному использованию нанотехнологий в сельском хозяйстве. Если научиться контролировать поведение наночастиц в растениях, можно:

• Уменьшить загрязнение — доставлять удобрения и пестициды точно в цель, а не в грунтовые воды.
• Повысить урожайность — защищать культуры от стресса, не нарушая их естественные процессы.
• Создать «умные» агротехнологии — например, датчики, которые будут следить за здоровьем растений в реальном времени.

Отметим, что исследование проводилось на арабидопсисе — модельном растении, которое сильно отличается от сельскохозяйственных культур. Не факт, что наночастицы так же повлияют на пшеницу или кукурузу. Кроме того, эксперименты проводились в лаборатории, а не в полевых условиях, где растения сталкиваются с множеством других факторов.

Ранее ученые нашли связь между разнообразием деревьев в лесу и климатом.