Mișcarea plantelor i-a fascinat de mult timp pe mulți cercetători. Leguminoasele sunt un grup de plante renumite pentru că prezintă diverse mișcări ale frunzelor, inclusiv „mișcare nictinastică”, în care frunzele se deschid ziua și se închid noaptea. Mișcările similare ale plantelor includ mișcări induse de lumina albastră și sensibile la atingere, cum ar fi în plantele sensibile precum Mimosa pudica.
Mișcarea în structurile frunzelor este cauzată de repetate și reversibile extensie si contractia de motor celulele, care sunt celulele dintr-o structură numită pulvinus la baza foliolelor și a pețiolelor. O astfel de extensie și contracție celulară repetitivă și reversibilă sunt foarte rare în celulele vegetale, care sunt înconjurate de un perete celular. Mai mult, nu este bine înțeles cum celulele motorii sunt capabile de extensie și contracție repetitivă și reversibilă.
Pereții celulelor vegetale sunt formați dintr-un număr de microfibrile de celuloză care se micșorează sau se extind ca răspuns la diferențele de concentrație osmotică dintre interiorul și exteriorul celulei. Cu toate acestea, cantitatea de modificare care poate fi indusă de anizotropie în aranjarea microfibrilelor de celuloză nu poate explica întreaga gamă de mişcare a pulvinului.
O echipă de cercetare condusă de Miyuki Nakata și Taku Demura de la Institutul de Știință și Tehnologie Nara (NAIST) a examinat secțiunile transversale ale celulelor motorii pulvinare din Desmodium paniculatum folosind microscopia laser confocală pentru a investiga mecanismul extensiei și contracției celulare repetitive și reversibile. Ei au identificat „fante” circumferențiale unice în peretele celular al celulelor motorii care conțineau mai puțină celuloză. Structurile au fost conservate în două subfamilii de leguminoase, inclusiv soia, kudzu și plantele sensibile.
La transferul bucăților de țesut din celulele motorii corticale leguminoase către soluții cu osmolaritate diferită, fantele pulvinare au crescut în lățime, indicând un mecanism prin care pereții celulari ai plantelor ar putea flexa ca răspuns la soluții cu osmolaritate diferită.
Printr-o combinație de analiză detaliată a peretelui celular, simulări computerizate, și observații ale fantelor pulvinare în celulele supuse extinderii și contracției, s-a determinat că fantele pulvinare sunt structuri flexibile mecanic care se deschid și se închid în timpul extinderii și contracției celulei.
„Modelarea pe computer a sugerat că fantele pulvinare facilitează extensia anizotropă în direcția perpendiculară pe fante în prezența presiunii de turgescență“, spune Miyuki Nakata. Cercetătorii au comparat acțiunea cu tăieturile drepte sau fante utilizate în kirigami, un model de hârtie japonez, pentru a spori extensibilitatea foii de hârtie.
Astfel, echipa de cercetare a propus că aceste fante unice, pulvinare, sunt structuri care acționează pentru a permite mai multă mișcare a celulelor motorii corticale decât ar fi permisă altfel de microfibrilele tipice de celuloză din peretele celular.
„Oferim o ipoteză că fantele pulvinare au un rol în mișcarea dinamică a frunzelor prin deformarea repetitivă și reversibilă a celulelor motorii corticale, împreună cu alți factori, inclusiv orientarea celulozei, compoziția bogată în pectină a peretelui celular, geometria celulelor motorii corticale și cel citoscheletul de actină”, spune Miyuki Nakata.
Studiul este publicat în revista Fiziologia plantelor.