Η κίνηση των φυτών έχει γοητεύσει από καιρό πολλούς ερευνητές. Τα όσπρια είναι μια ομάδα φυτών που φημίζονται για την εμφάνιση διαφόρων κινήσεων των φύλλων, συμπεριλαμβανομένης της «νυκτιναστικής κίνησης», στην οποία τα φύλλα ανοίγουν την ημέρα και κλείνουν τη νύχτα. Παρόμοιες κινήσεις φυτών περιλαμβάνουν κινήσεις που προκαλούνται από το μπλε φως και κινήσεις ευαίσθητες στην αφή, όπως σε ευαίσθητα φυτά όπως η Mimosa pudica.
Η κίνηση στις δομές των φύλλων προκαλείται από επαναλαμβανόμενες και αναστρέψιμες επέκταση και συστολή του μοτέρ κυττάρων, τα οποία είναι τα κύτταρα σε μια δομή που ονομάζεται pulvinus στη βάση των φυλλαδίων και των μίσχων. Τέτοιες επαναλαμβανόμενες και αναστρέψιμες επεκτάσεις και συστολές κυττάρων είναι πολύ σπάνιες σε φυτικά κύτταρα, τα οποία περιβάλλονται από ένα άκαμπτο κυτταρικό τοίχωμα. Επιπλέον, δεν είναι καλά κατανοητό πώς τα κινητικά κύτταρα είναι ικανά για επαναλαμβανόμενη και αναστρέψιμη επέκταση και συστολή.
Τα τοιχώματα των φυτικών κυττάρων αποτελούνται από έναν αριθμό μικροϊνιδίων κυτταρίνης που συρρικνώνονται ή διαστέλλονται ως απόκριση στις διαφορές οσμωτικής συγκέντρωσης μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού του κυττάρου. Ωστόσο, η ποσότητα της αλλαγής που μπορεί να προκληθεί από την ανισοτροπία στη διάταξη των μικροϊνιδίων κυτταρίνης δεν μπορεί να εξηγήσει το πλήρες φάσμα των κίνηση του pulvinus.
Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τους Miyuki Nakata και Taku Demura στο Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας Nara (NAIST) εξέτασε τις διατομές πνευμονικών κινητικών κυττάρων από το Desmodium paniculatum χρησιμοποιώντας ομοεστιακό μικροσκόπιο λέιζερ για να διερευνήσει τον μηχανισμό της επαναλαμβανόμενης και αναστρέψιμης επέκτασης και συστολής κυττάρων. Εντόπισαν μοναδικές περιφερειακές «σχισμές» στο κυτταρικό τοίχωμα των κινητήρων που περιείχαν λιγότερη κυτταρίνη. Οι δομές διατηρήθηκαν σε δύο υποοικογένειες οσπρίων, συμπεριλαμβανομένων της σόγιας, του kudzu και των ευαίσθητων φυτών.
Κατά τη μεταφορά φετών ιστού από κινητικά κύτταρα του φλοιού οσπρίων σε διαλύματα διαφορετικής ωσμωτικότητας, οι πνευμονικές σχισμές αυξήθηκαν σε πλάτος, υποδεικνύοντας έναν μηχανισμό με τον οποίο φυτικά κυτταρικά τοιχώματα θα μπορούσε να κάμπτεται ως απόκριση σε διαλύματα διαφορετικής ωσμωτικότητας.
Μέσω ενός συνδυασμού λεπτομερούς ανάλυσης κυτταρικού τοιχώματος, προσομοιώσεις υπολογιστώνκαι παρατηρήσεις πνευμονικών σχισμών σε κύτταρα που υφίστανται επέκταση και συστολή, οι πνευμονικές σχισμές προσδιορίστηκαν ως μηχανικά εύκαμπτες δομές που ανοίγουν και κλείνουν κατά την επέκταση και συστολή των κυττάρων.
"Η μοντελοποίηση υπολογιστή πρότεινε ότι οι αυλακώσεις σχισμές διευκολύνουν την ανισότροπη επέκταση προς την κατεύθυνση κάθετη προς τις σχισμές παρουσία πίεσης στροβιλισμού", λέει ο Miyuki Nakata. Οι ερευνητές συνέκριναν τη δράση με τις ευθείες τομές ή σχισμές που χρησιμοποιούνται στο kirigami, ένα ιαπωνικό χαρτοτέχνημα, για να ενισχύσουν την εκτασιμότητα του φύλλου χαρτιού.
Έτσι, η ερευνητική ομάδα πρότεινε ότι αυτές οι μοναδικές, πνευμονικές σχισμές είναι δομές που δρουν για να επιτρέψουν περισσότερη κίνηση των κινητικών κυττάρων του φλοιού από ό,τι θα επέτρεπαν διαφορετικά τα τυπικά μικροϊνίδια κυτταρίνης στο κυτταρικό τοίχωμα.
«Παρέχουμε μια υπόθεση ότι οι πνευμονικές σχισμές έχουν ρόλο στη δυναμική κίνηση των φύλλων μέσω επαναλαμβανόμενης και αναστρέψιμης παραμόρφωσης των κινητικών κυττάρων του φλοιού σε συνδυασμό με άλλους παράγοντες, όπως ο προσανατολισμός της κυτταρίνης, η πλούσια σε πηκτίνη σύνθεση του κυτταρικού τοιχώματος, η γεωμετρία των κινητικών κυττάρων του φλοιού και ο κυτταροσκελετός ακτίνης», λέει ο Miyuki Nakata.
Η μελέτη δημοσιεύεται στο περιοδικό Φυσιολογία φυτών.