Ефектът на лотоса

Лотосовите цветя са един от най-изящните символи в източните култури. Симетрията и цветовете на растението са поразителни, но под нежната външност на лотоса се крие по-дълбоко значение, почти толкова старо, колкото света. В хиндуизма и будизма то се счита за най-свещеното цвете. В Древна Индия лотосът символизира творческата сила и сътворението на света. В Китай цветето олицетворява чистота, целомъдрие и плодородие. Статуите на будистките монаси често включват лотос. В хиндуистката култура се казва, че богове и богини са седели на тронове лотоси, а една древна история гласи, че Буда се появил на върха на плаващ лотос и първите му стъпки на земята са оставили след себе си цъфнали лотоси.

За древните египтяни лотосът представлява Вселената. Техните йероглифи изобразяват това нежно цвете заедно с жреци и фараони. В Древен Египет образът на лотоса се свързва с творението, раждането и Слънцето като източник на живота. Цветето се среща навсякъде в местното изкуство — като се започне с лотосовидните капители на храмовите колони и се завърши с тоалетните съдове и накитите. Древните египтяни също вярват, че лотосите имат способността да възкресяват починалите, което ясно личи в заклинанията в Книга на мъртвите.

В йога най-известна е позата падмасана (лотос), която спомага за поддържането на гърба прав, за предаване на енергия от земята към гръбначния стълб и достигане до най-високото ниво на съзнание. Медитацията в тази поза носи мир и неподвижност във всички аспекти на нашето същество. Позицията се нарича така, защото човек придобива своеобразна форма на цвят на лотос, седейки точно по този начин.

Лотосът има уникален жизнен цикъл, заради който става известен като „цветето на живота“ и често е обвързван с духовното. Коренът на лотоса остава здраво вкопан в калта, вкоренен в земята, или в т.нар. първична утроба. За да изрази присъщата си красота и пълния потенциал, цветето си пробива път през водата и се разгръща от заострени листа и пъпки в големи, красиви, заоблени листа. Потирът се отваря, за да получи и събере любов и светлина. Въпреки че се издига от калта, по лотоса не се задържа мръсотия и вода. Цветето обича слънцето и се отваря за неговата топлина. Когато узрее, семенната шушулка затваря семената в утроба, подобна на чаша. В края на този процес стъблото се огъва, за да пусне семената обратно във водата, в калта и така да се роди отново. Цветята се отварят със слънчевата светлина и се затварят с идването на тъмнината. Всеки ден е нов живот, ново прераждане за лотоса. Неговите ежедневни и сезонни цикли на живота напомнят как се разгръща човешкият дух: от скромното начало в калта до разцвет на душата в етера и светлината.

Белият лотос е символ за чистота, грация и красота, но се свързва и с величие, плодородие, богатство, спокойствие, знание и вяра в самите нас. Жълтият лотос означава духовно извисяване, а розовият символизира същността на Буда. Червеният лотос пък е синоним на любовта и състраданието.

Цветето е на особена почит в Япония именно заради способността му да се издига от мръсните, мътни води и да цъфти красиво. Този процес символизира постигането на просветление. Идеята е, че можем да се издигнем над човешкото страдание по същия начин като лотоса, като преминем от най-ниското към най-високото състояние на съзнанието.

В Страната на изгряващото слънце съществува специална традиция  за разглеждане на лотоси, което се прави от лодки в езерата на определени паркове. Паркът Коракуен в префектура Окаяма отваря врати в 4 ч. сутринта в първата неделя на юли за ежегодното разглеждане на лотоси. Фотографите често казват, че в тази част на деня буквално могат да чуят разпукването на цвета на лотоса.

Най-издръжливото цвете на планетата

Лотосите са живи вкаменелости, защото съществуват от около 145,5 милиона години. Счита се, че са оцелели дори през ледниковите епохи – периоди на големи геоложки и екологични промени, когато повечето растения в Северното полукълбо изчезват. В Кашмир са открити вкаменени отпечатъци от коренище и листа от лотос от плейстоцена. Издръжливото цвете расте в естествена среда от Русия, през Иран и Китай, чак до Австралия. Изглежда, че то може да оцелее в крайностите на всеки климат. Пример за това е катастрофалното наводнение, предизвикано от река Яндзъ през 1954 г., което заличава всички лотоси в района. Три години по-късно водата окончателно се оттегля и след като нормалните ѝ нива се възстановяват, цветята отново започват да растат в плитката част на реката. Оказва се, че наводненията са разкъсали кореновата им система, но семената им са оцелели.

Интересното е, че лотосите могат да възкръснат векове по-късно, тъй като семената им живеят хиляди години както във вода, така и в суха почва. Цветята се появяват най-често във влажните зони и обикновено растат в кал, но са много адаптивни към климата и средата, в която израстват. Те могат да оцелеят под лед, ако корените им останат във вода или кал. От друга страна, издържат и на парещото слънце и често цъфтят, когато другите цветя не могат да понесат жегата. Обичат глинести почви, въпреки че могат да живеят в различни региони на Земята.

Известно е също, че лотосовите цветя са устойчиви на замърсяване и дори могат да пречистят водата, в която растат. Всяка вечер те се потапят в мътната речна вода и всяка сутрин разцъфват отново, без да са поели остатъци от заобикалящата ги среда.

За да разберем как лотосът вдъхновява учените да създават нови технологии, трябва да узнаем повече за устройството и биологията на това уникално растение.

Ефектът на лотоса

Като цяло лотосите са големи растения, най-вече що се отнася до размера на листата им. Листата и цветовете се издигат високо над повърхността на водата, за разлика от тези на водната лилия, които плуват директно върху нея. Преди да се разтворят, листата и цветните пъпки имат заострен вид. Острите пъпки са зелени и многопластови. По-късно се разгръщат в подобен на чаша цвят с централна глава и шушулка, която прилича на урна. Когато цветната пъпка започва да узрява, тя се издига все по-нагоре, тъй като лотосът обича да събира слънчеви лъчи. А щом венчелистчетата започнат да падат, шушулката се увеличава и узрява, като запазва семената на лотоса в себе си.

Корените обикновено не се виждат под калта, но си личат издънки, които излизат от водата. Стъблата са кухи, но изключително здрави отвън, с малки, доста заострени „точки“ по цялата си дължина.

Листата също като цвета се разгръщат в големи, заоблени, много широки чашки. Те имат една централна „точка“, която събира капки вода. Роса се събира и около краищата на листата и шушулките, но никога няма да забележите вода по цялото листо на лотоса. При по-внимателно разглеждане се вижда, че целият лист е „изтъкан“ от много фини жилки, действащи като улеи, по които водата се събира в средата на листото.

Най-удивителното качество на листата на лотоса е, че те са силно водоотблъскващи, т.е. проявяват т.нар. ултрахидрофобност, която е резултат от плътния слой папили (вид израстъци) на повърхността на листата и малките здрави восъчни каналчета, които излизат от всяка папила. Това помага да се намали площта на контакт между капката вода и листото.

Това качество на лотоса е всъщност много важно еволюционно предимство. Като водно растение с корени, потопени в кал, лотосът трябва да регулира водата, идваща отдолу и отгоре. Събирането на вода в горната част на епидермиса, независимо дали е в резултат от дъжд, мъгла или роса, е много вредно за способността на листата да фотосинтезират и да извършват газообмен. Затова ултрахидрофобността кара водните капчици да се натрупват много бързо заедно и след това да се плъзват много лесно към центъра на листото, където водата се оттича от лотоса. Именно чрез това си свойство цветето се „почиства“ от вода, прах и мръсотия, като остава вечно красиво.

Зад това вълнуващо откритие стои Вилхелм Бартлот, професор по биоразнообразие в ботаническата градина на Бонския университет в Германия. След множество наблюдения той провежда специално проучване на лотосовия лист, и по-конкретно на това как водата почиства повърхността му. Неговото откритие подкопава разпространеното убеждение, че гладките повърхности най-добре отблъскват мръсотията. Когато водата падне върху гладка листна повърхност, тя само измества частиците мръсотия, без да ги отмива. Но лотосът е различен. Восъчната повърхност на листата му всъщност е доста грапава. При наблюдение под микроскоп ясно се вижда, че листото е покрито с дебел неравен слой от непропусклив восък, който създава своеобразна преграда между растителната повърхност и околната среда. Зоната на контакт на листата с водата е намалена, което ги прави силно водоотблъскващи, или хидрофобни. Восъкът също така е способен на саморегенерация. Когато капки вода падат върху тази повърхност, те се плъзват надолу, носейки частици мръсотия със себе си. Дори лепило не може да се задържи върху повърхността на лотосовия лист. Неравната повърхност на восъчния слой създава пролуки в повърхността на листото, които също предотвратяват полепването на частиците мръсотия, като ги оставят свободни, за да бъдат отмити от водата.

Към днешна дата са известни повече от 200 растения с характеристики, подобни на тези на лотоса, но безспорната слава на цветето е накарала учените да назоват този ефект на негово име. А малко известен факт е, че лотосовото свойство да отблъсква водата може да се открие и върху крилата на някои насекоми.

Бартлот и неговият екип успешно прилагат този природен феномен, за да произведат фасадни бои под марката Lotusan, представена за първи път на пазара през март 1999 г. В сравнение с конвенционалните бои Lotusan може да издържи на много по-тежки метеорологични условия и ефективно намалява шансовете за нападение от микроорганизми. Това дава на боята по-голяма дълготрайност, ограничава нуждата от използване на почистващи препарати и в крайна сметка намалява разходите. „Комбинацията от пълнители (които запълват малките празнини на повърхността) придава на боята специална повърхностна структура. Освен това химическият състав на Lotusan има по-добри водоотблъскващи характеристики“, казва Бартлот.

Професорът влага 22 години в разработването на тази боя. Постоянството му носи Германската екологична награда, една от най-престижните награди от този тип в Европа, както и Изследователската награда на „Филип Морис“ през 1999 г. „Крайно време е индустрията и технологиите да обърнат повече внимание на уроците, които природата ни дава, за да могат хората да живеят в по-тясна хармония с естествената среда“, казва Бартлот.

„След няколко години ще имаме самопочистващи се автомобили“, допълва професорът. Това може да е решение за държава като Индия, където замърсяването, топлината и прахът са проклятието на много собственици на коли. Списъкът с продукти, които биха могли да използват хидрофобната технология, е почти безкраен, с приложения в области, вариращи от хранителната индустрия, през самолетния дизайн, до медицината.

Нанотехнологии и утопични градове

Откриването на ефекта на лотоса довежда до промяна на парадигмата в някои области на материалознанието и позволява развитието на суперхидрофобни бионични повърхности. Постигането на хидрофобията на лотоса е една от основните задачи на нанотехнологичните изследвания.

Ефектът на цветето е възпроизведен върху различни повърхности като дърво, пластмаса, стъкло, метал, текстил и камъни, включително абсорбенти. Тези постижения носят огромни ползи в бизнеса и бита, тъй като щедро допринасят за удължаване на живота на различни материали, за подобряване на външния им вид и избягване на постоянни инвестиции в поддръжка и почистване. Най-елементарният пример за такава полза е отблъскването на течности в текстила, тъй като предотвратява появата на петна при неловки инциденти като разливане на вино например. Това на практика революционизира текстилната индустрия и дава началото на производството на дрехи за дъжд, по-малко замърсяващи се облекла за здравния сектор, дрехи, които е невъзможно да се оцветят при контакт със замърсител и следователно може да се перат много по-рядко. Кой знае, в някакъв момент това може да означава и край на пералните машини.

Вече споменатата боя на проф. Бартлот не е единствената, в която откриваме приложение на ефекта на лотоса. Някои такива бои предотвратяват корозията. Те имат отлични физични и структурни свойства и позволяват на повърхностите да се почистват сами: мръсотията се отмива с дъжда, а те остават чисти и сухи за дълго време. Ефектът е полезен и при разработването на бои за защита на стени от вандализъм в обществените пространства, както и за производството на антибактериални повърхности.

Поради бурното развитие на нанотехнологиите на пазара се появяват и много други технически приложения на ефекта на лотоса: самопочистващи се стъклени фасади, соларни модули и прозорци, самопочистващи се нано-базирани фасадни покрития и мазилки, самопочистващи се керемиди, наноуплътнители в санитарни помещения (върху стъклени стени за душове, плочки и т.н.).

Мръсните стъклени фасади не само водят до високи разходи за почистване, но и намаляват пропускането на светлина. Разработването на самопочистващо се стъкло въз основа на лотосовия ефект значително намалява този проблем и в същото време минимизира корозията на стъклото и разходите за почистване на фасадата. Невидим специален слой от външната страна на стъклото гарантира, че по повърхността няма слепване на мръсотия. Благодарение на водоотблъскващата повърхност дъждовните капки се плъзват надолу и поемат съществуващите частици мръсотия със себе си.

Ефект на самопочистване може да се постигне и при соларните стъкла, които управляват количеството приемана от сградата светлина и топлина. За тази цел външната част на изолационното стъкло е покрита със слънцезащитен филм, който има лотосов ефект и в същото време спира до 80 процента от слънчевите лъчи. Този тип стъкло се използва за стъклени фасади, покривни стъкла, навеси или стъклени повърхности, които са труднодостъпни. Виден пример за това е централата на германския клон на Unilever в квартала ХафенСити в Хамбург.

Както виждаме, развитието на нанотехнологиите позволи лотосовият ефект да бъде най-широко прилаган в строителната индустрия. Но онези, които очакват 100-процентно самопочистване, ще бъдат разочаровани. Дори стъклени фасади с лотосов ефект все пак трябва да се чистят. Самопочистващите се фасадни основи обаче винаги ще показват по-ниско ниво на примеси и съответно на замърсяване. А тепърва можем да очакваме с нетърпение появата и на все по-иновативни бионични строителни материали.

Лотосовият ефект намира приложение и в изолацията за предотвратяване на повреда на електрическо или електронно оборудване при случаен контакт с вода. Други нововъведения, използващи природната технология на цветето, са насочени към предотвратяване на кондензация на вода и образуване на лед в екстремни климатични условия на повърхността на автомобили, кораби и самолети.

Ефектът на лотоса вдъхновява и белгийския архитект и художник Люк Шуйтен в раждането на една революционна идея за модел на утопичен град, в който покривите на сградите са оформени във формата на лотосов лист, създавайки система от тръби и резервоари за събиране на дъждовна вода. Друга полза той вижда в модела на целия лотосов цвят, като предлага да се копира системата за отваряне и затваряне на венчелистчетата под формата на големи контейнери с клапи, които биха могли да улавят, съхраняват и управляват метановия газ, отделян от органичните отпадъци в града, като в същото време всяко „венчелистче“ може да се трансформира в огромен слънчев панел.

Биоразнообразие и опазване на лотоса

Изниква обаче един важен въпрос – как оцелява това свещено цвете, особено в страна като Индия?

„Въпреки че има много лотосови растения, открити във водните площи на Индия, има и голяма причина за безпокойство“, казва Адала Састри, директор по опазване на биологичното разнообразие в индийската секция на Световния фонд за природата. Влажните зони, които са ключови местообитания на лотоса, са силно засегнати и под голям натиск в Индия. „Влажните зони сега не са в първоначалното си състояние, което създава проблеми за естественото им регенериране“, обяснява Састри.

Уникалната природа на лотоса често се променя от човешки дейности като използването на химикали и пестициди. „Те променят фината структура на восъчните кристали, така че листата от ултрахидрофобни стават свръхабсорбиращи“, казва Бартлот. Това позволява на частиците мръсотия да останат върху листата. Германските учени твърдят, че така се увеличава рискът от инфекция, тъй като гъбичките и бактериите остават върху листата заедно с частиците вода, което им осигурява идеална среда за развитие и впоследствие води до загиване на лотоса.

В много райони на Индия цветето се експлоатира постоянно. Гирляндите от венчелистчета от лотос са задължителни за хиндуистките религиозни церемонии. „Това е една от причините за намаляване на броя на лотосите“, казва Састри. Друга причина за изчезването им е, че се консумират всички части на растението. Семената му се пържат, за да се ядат, листата се смачкват, за да се извлече сокът, а коренището се използва за медицински цели. Стъблото може да бъде забелязано и в будки за продажба на зеленчуци.

Природата ни учи по всевъзможни начини. Както и проф. Бартлот неведнъж казва: „Важно е да опазим природата, да я наблюдаваме, за да извличаме ползи от нея. Живеейки в синхрон с нея и черпейки мъдрост от природните процеси, позитивите във времето се увеличават“. Възпроизвеждането на механизми от природата е нашето бъдеще, за едно по-устойчиво развитие на обществото ни.