Augalų judėjimas jau seniai žavėjo daugelį tyrinėtojų. Ankštiniai augalai yra augalų grupė, garsėjanti įvairiais lapų judesiais, įskaitant „niktinastinį judėjimą“, kai lapai atsidaro dieną ir užsidaro naktį. Panašūs augalų judesiai apima mėlynos šviesos sukeltus ir lietimui jautrius judesius, pavyzdžiui, jautriuose augaluose, tokiuose kaip Mimosa pudica.
Judėjimą lapų struktūrose sukelia pasikartojantis ir grįžtamasis pratęsimas ir susitraukimas variklis ląstelės, kurios yra struktūros, vadinamos pulvinu, ląstelės, esančios lapelių ir lapkočių apačioje. Toks pasikartojantis ir grįžtamas ląstelių išplėtimas ir susitraukimas yra labai reti augalų ląstelėse, kurios yra apsuptos standžios ląstelių sienelės. Be to, nėra gerai suprantama, kaip motorinės ląstelės gali pakartotinai ir grįžtamai išplėsti ir susitraukti.
Augalų ląstelių sieneles sudaro daugybė celiuliozės mikrofibrilių, kurios susitraukia arba plečiasi reaguodamos į osmosinių koncentracijų skirtumus ląstelės viduje ir išorėje. Tačiau pokyčių, kuriuos gali sukelti anizotropija celiuliozės mikrofibrilių išdėstyme, dydis negali paaiškinti viso judėjimas iš pulvinus.
Naros mokslo ir technologijos instituto (NAIST) Miyuki Nakata ir Taku Demura vadovaujama tyrimų grupė ištyrė Desmodium paniculatum pulvinarinių motorinių ląstelių skerspjūvius naudodama konfokalinę lazerinę mikroskopiją, kad ištirtų pasikartojančio ir grįžtamojo ląstelių išplėtimo ir susitraukimo mechanizmą. Jie nustatė unikalius periferinius „plyšius“ motorinių ląstelių sienelėse, kuriose buvo mažiau celiuliozės. Struktūros buvo išsaugotos dviejuose ankštinių augalų pošeimiuose, įskaitant sojų pupeles, kudzu ir jautrius augalus.
Perkeliant audinių gabalėlius iš ankštinių augalų žievės motorinių ląstelių į skirtingo osmoliarumo tirpalus, pulvinariniai plyšiai padidėjo, o tai rodo mechanizmą, kuriuo augalų ląstelių sienos gali lankstyti reaguodamas į skirtingo osmoliarumo tirpalus.
Derinant išsamią ląstelės sienelės analizę, kompiuterinės simuliacijos, ir stebint pulvinarinius plyšius ląstelėse, kuriose vyksta išplėtimas ir susitraukimas, buvo nustatyta, kad pulvinariniai plyšiai yra mechaniškai lanksčios struktūros, kurios atsidaro ir užsidaro ląstelių išplėtimo ir susitraukimo metu.
„Kompiuterinis modeliavimas parodė, kad pulvinariniai plyšiai palengvina anizotropinį išplėtimą plyšiams statmena kryptimi esant turgoriniam slėgiui“, - sako Miyuki Nakata. Tyrėjai palygino veiksmą su tiesiais pjūviais ar plyšiais, naudojamais kirigami, japoniškame popieriaus aparate, siekiant padidinti popieriaus lapo išplėtimą.
Taigi tyrimo grupė pasiūlė, kad šie unikalūs, pulvinariniai plyšiai yra struktūros, leidžiančios žievės motorinėms ląstelėms daugiau judėti, nei kitaip leistų tipiškos celiuliozės mikrofibrilės ląstelės sienelėje.
„Mes pateikiame hipotezę, kad pulvinariniai plyšiai turi įtakos dinamiškam lapų judėjimui dėl pasikartojančios ir grįžtamos žievės motorinių ląstelių deformacijos kartu su kitais veiksniais, įskaitant celiuliozės orientaciją, pektino turtingą ląstelės sienelės sudėtį, žievės motorinių ląstelių geometriją ir į aktino citoskeletas“, - sako Miyuki Nakata.
Tyrimas paskelbtas žurnale Augalų fiziologija.