Meer dan een halve eeuw nadat het op de planken is gevallen, blijft de bescheiden Legosteen een enorm succesvol speelgoed, dankzij de veelzijdigheid van de bouwsteen en meerdere licentieaanbiedingen in het afgelopen decennium (die het bedrijf recentelijk over Mattel katapulteerde om het te maken de beste speelgoedmaker ter wereld).
Maar Legostenen hebben soms ook hun weg gevonden naar laboratoria als hulpmiddelen voor wetenschappelijk onderzoek. Een team van de universiteit van Cambridge bijvoorbeeld gebruikte de stenen om synthetische botten te bouwen.
Nu zijn onderzoekers van de Iowa State University overgestapt op transparante Legostenen als een nieuwe, goedkope manier om plantengroei te bestuderen. Het werk, onlangs gepubliceerd in het tijdschrift PLOS One, betoogt dat de stenen kunnen worden gebruikt om zeer nauwkeurige systemen op centimeterschaal met chemische gradiënten te maken om te bestuderen hoe chemische veranderingen de wortelgroei beïnvloeden.
Inzicht in hoe chemische en milieuveranderingen de groei van plantenwortels beïnvloeden, kan de opbrengst van gewassen verhogen en ons een beter inzicht geven in hoe bepaalde gewassen zullen reageren op klimaatverandering.
Ludovico Cademartiri, universitair docent materiaalkunde en techniek aan de Iowa State University en co-auteur van het artikel, vertelde Smithsonian.com dat het idee om Legos te gebruiken voortkwam uit een brainstormsessie die aangewakkerd was door hoe verrassend weinig bekend is over de manier waarop planten reageren op veranderingen in het milieu.
"Er is een groeiende consensus dat het een van de belangrijkste gebieden is die ontwikkeling nodig heeft voor plantenwetenschap en agronomie, " zegt Cademartiri. "Als we onze gewasopbrengsten willen verbeteren, moeten we leren hoe planten reageren op zeer complexe signalen van het milieu."
Hij zegt dat de reden dat we nog niet meer over het onderwerp weten, deels te wijten is aan een gebrek aan hulpmiddelen die beschikbaar zijn voor dit soort precieze experimenten. Technieken op hoog niveau bestaan al lang om kleine eencellige of meercellige organismen te bestuderen, maar planten vormen een probleem doordat ze klein beginnen en veel groter worden gedurende de studie. Kassen werken goed voor grote studies waarbij alle planten een homogene externe omgeving moeten hebben (hetzelfde niveau van warmte en vochtigheid, bijvoorbeeld, onder andere factoren). Maar stel je een plantenexperiment voor waarin wetenschappers mogelijk 100 planten moeten opzetten in 100 verschillende gecontroleerde omgevingen, zowel boven als onder het bodemniveau, waarbij elke opstelling voldoende ruimte biedt voor de plant om te groeien, en je begint een idee te krijgen van de probleem.
Met bestaande microfluïdische technologieën kunnen wetenschappers zoals moleculaire biologen testomgevingen besturen met de precisie van een miljoenste meter, maar die systemen kunnen erg moeilijk en duur zijn om op te schalen voor plantenonderzoek.
Transparante Legostenen vormen een gelukkig medium, in die zin dat ze betaalbaar zijn, maar een omgeving creëren die precies genoeg is voor serieus onderzoek, zoals Cademartiri en zijn team ontdekten toen ze het idee begonnen te onderzoeken.
De onderzoekers kozen voor kant-en-klare transparante Lego-stukken, die afzonderlijk rechtstreeks van Lego's website kunnen worden gekocht, legden ze in een autoclaaf voor sterilisatie en gebruikten de stukken vervolgens om rechthoekige containers te bouwen om de gel of andere grondvervanger in te bewaren. De containers kunnen in verschillende groottes worden gebouwd voor verschillende plantgroottes of wortelsoorten. Wanneer een experiment voorbij is, kunnen de stukken worden afgebroken, gereinigd en opnieuw worden gebruikt.
Promovendus Kara Lind, een andere auteur van de studie, werkte aan manieren om ervoor te zorgen dat Legostenen de transparante gels konden bevatten die worden gebruikt als grondvervangers zodat onderzoekers gemakkelijk wortelveranderingen kunnen zien, meldde de Iowa State News Service. Ze werkte ook manieren uit om specifieke chemische gradiënten in de structuren te creëren, om te zien hoe planten reageren op verschillende chemicaliën, of het nu gifstoffen of voedingsstoffen zijn.
Het resultaat: "Het bleek dat Lego om een aantal redenen veel beter presteerde dan we dachten", zegt Cademartiri.
Ten eerste is een "transparante Lego gemaakt van polycarbonaat, wat betekent dat hij gesteriliseerd kan worden, wat hem bij uitstek geschikt maakt voor biologisch werk", zegt hij. De stenen zijn ook chemisch inert, zodat ze niet reageren met omringende materialen en potentieel experimenten bederven.
Het team streeft ernaar om Legos te blijven ontwikkelen als platform en toolset voor serieus plantenonderzoek, in de hoop dat andere wetenschappers de iconische stenen nuttig zullen vinden in hun eigen onderzoek.
Cademartiri zegt dat het te vroeg is om te zeggen in hoeverre wetenschappers Legos wel of niet zullen gebruiken voor plantenonderzoek, maar hij is optimistisch. Opvoeders gebruiken Legos al lang in de klas, en de Mindstorms-robotica-lijn van het bedrijf wordt niet alleen gebruikt om kunstmatige botten te bouwen, maar wordt ook door onderzoekers van de Universiteit van Vermont gebruikt om robots te maken die van vorm veranderen om te 'leren' hoe lopen. Het is dus op zijn minst waarschijnlijk dat Legostenen af en toe een huis zullen vinden in onderzoekslaboratoria en in de speelgoeddoos.
"Wat we deden was onszelf dwingen om de eenvoudigste, goedkoopste, meest handige en capabele tools te maken die we konden bedenken", zegt Cademartiri. "Dus we hopen dat andere wetenschappers ze nuttig zullen vinden, en we denken van wel."
