Sự chuyển động của thực vật từ lâu đã mê hoặc nhiều nhà nghiên cứu. Cây họ đậu là một nhóm thực vật nổi tiếng vì có nhiều chuyển động khác nhau của lá, bao gồm cả “chuyển động rung chuyển”, trong đó lá mở ra vào ban ngày và đóng lại vào ban đêm. Các chuyển động tương tự của thực vật bao gồm các chuyển động do ánh sáng xanh gây ra và chuyển động nhạy cảm, chẳng hạn như ở các thực vật nhạy cảm như Mimosa pudica.
Sự chuyển động trong cấu trúc lá được gây ra bởi sự lặp đi lặp lại và có thể đảo ngược mở rộng và sự co lại của động cơ tế bào, là các tế bào trong một cấu trúc gọi là pulvinus ở gốc lá chét và cuống lá. Sự mở rộng và co rút tế bào lặp đi lặp lại và có thể đảo ngược như vậy là rất hiếm ở tế bào thực vật, được bao quanh bởi một lớp cứng. thành tế bào. Hơn nữa, người ta vẫn chưa hiểu rõ làm thế nào các tế bào vận động có khả năng mở rộng và co lại lặp đi lặp lại và có thể đảo ngược.
Thành tế bào thực vật bao gồm một số vi sợi cellulose co lại hoặc giãn ra để đáp ứng với sự khác biệt về nồng độ thẩm thấu giữa bên trong và bên ngoài tế bào. Tuy nhiên, mức độ thay đổi có thể được gây ra bởi tính dị hướng trong cách sắp xếp các vi sợi cellulose không thể giải thích được đầy đủ các phong trào của pulvinus.
Một nhóm nghiên cứu do Miyuki Nakata và Taku Demura tại Viện Khoa học và Công nghệ Nara (NAIST) dẫn đầu đã kiểm tra mặt cắt ngang của các tế bào vận động xung từ Desmodium Paniculatum bằng kính hiển vi laser đồng tiêu để nghiên cứu cơ chế kéo dài và co lại của tế bào lặp đi lặp lại và có thể đảo ngược. Họ đã xác định được những “khe” chu vi độc đáo trên thành tế bào của tế bào vận động chứa ít cellulose hơn. Các cấu trúc này được bảo tồn ở hai họ đậu, bao gồm đậu nành, sắn dây và các loại cây nhạy cảm.
Khi chuyển các lát mô từ tế bào vận động vỏ cây họ đậu sang các dung dịch có nồng độ thẩm thấu khác nhau, các khe hở màng phổi tăng chiều rộng, cho thấy một cơ chế trong đó thành tế bào thực vật có thể uốn cong để đáp ứng với các dung dịch có độ thẩm thấu khác nhau.
Thông qua sự kết hợp phân tích thành tế bào chi tiết, mô phỏng máy tínhvà quan sát các khe pulvinar trong các tế bào trải qua quá trình giãn nở và co lại, các khe pulvinar được xác định là các cấu trúc linh hoạt về mặt cơ học, mở và đóng trong quá trình mở rộng và co lại của tế bào.
Miyuki Nakata cho biết: “Mô hình máy tính cho thấy các khe pulvinar tạo điều kiện cho sự giãn nở dị hướng theo hướng vuông góc với các khe khi có áp suất trương lực”. Các nhà nghiên cứu đã so sánh hoạt động này với các vết cắt hoặc khe thẳng được sử dụng trong kirigami, một loại giấy thủ công của Nhật Bản, để nâng cao khả năng mở rộng của tờ giấy.
Do đó, nhóm nghiên cứu đề xuất rằng những khe hở xung nhịp độc đáo này là những cấu trúc hoạt động cho phép các tế bào vận động ở vỏ não di chuyển nhiều hơn mức mà các vi sợi cellulose điển hình trong thành tế bào cho phép.
“Chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng các khe pulvinar có vai trò trong chuyển động năng động của lá thông qua sự biến dạng lặp đi lặp lại và có thể đảo ngược của các tế bào vận động vỏ não phối hợp với các yếu tố khác bao gồm định hướng cellulose, thành phần giàu pectin của thành tế bào, hình dạng của các tế bào vận động vỏ não và các khung tế bào Actin,” Miyuki Nakata nói.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Sinh lý thực vật.