Plantebevegelse har lenge fascinert mange forskere. Belgvekster er en gruppe planter kjent for å vise forskjellige bladbevegelser, inkludert "nyktinastiske bevegelser", der bladene åpner seg om dagen og lukkes om natten. Lignende plantebevegelser inkluderer blålysinduserte og berøringsfølsomme bevegelser, for eksempel i følsomme planter som Mimosa pudica.
Bevegelse i bladstrukturer er forårsaket av gjentatte og reversible forlengelse og sammentrekning av motor celler, som er cellene i en struktur kalt pulvinus ved bunnen av bladene og bladstilkene. Slik repeterende og reversibel celleforlengelse og sammentrekning er svært sjeldne i planteceller, som er omgitt av en stiv celleveggen. Dessuten er det ikke godt forstått hvordan motoriske celler er i stand til repeterende og reversibel forlengelse og sammentrekning.
Plantecellevegger er sammensatt av en rekke cellulosemikrofibriller som krymper eller utvider seg som respons på osmotiske konsentrasjonsforskjeller mellom innsiden og utsiden av cellen. Mengden endring som kan induseres av anisotropi i arrangementet av cellulosemikrofibriller kan imidlertid ikke forklare hele spekteret av bevegelse av pulvinus.
Et forskerteam ledet av Miyuki Nakata og Taku Demura ved Nara Institute of Science and Technology (NAIST) undersøkte tverrsnittene av pulvinære motorceller fra Desmodium paniculatum ved å bruke konfokal lasermikroskopi for å undersøke mekanismen for repeterende og reversibel celleforlengelse og sammentrekning. De identifiserte unike periferiske "spalter" i celleveggen til motorcellene som inneholdt mindre cellulose. Strukturene ble bevart på tvers av to underfamilier av belgfrukter, inkludert soyabønner, kudzu og sensitive planter.
Ved overføring av vevsskiver fra belgfruktens kortikale motorceller til løsninger med forskjellig osmolaritet, økte de pulvinære spaltene i bredden, noe som indikerer en mekanisme som plantecellevegger kan bøye seg som svar på løsninger med forskjellig osmolaritet.
Gjennom en kombinasjon av detaljert cellevegganalyse, datasimuleringer, og observasjoner av pulvinære spalter i celler som gjennomgår ekstensjon og sammentrekning, ble pulvinære spalter bestemt til å være mekanisk fleksible strukturer som åpner og lukker seg under celleforlengelse og sammentrekning.
"Datamodellering antydet at pulvinære spalter letter anisotropisk utvidelse i retningen vinkelrett på spaltene i nærvær av turgortrykk," sier Miyuki Nakata. Forskerne sammenlignet handlingen med de rette kuttene eller spaltene som ble brukt i kirigami, et japansk papirfartøy, for å forbedre utvidbarheten til papirarket.
Derfor foreslo forskerteamet at disse unike, pulvinære spaltene er strukturer som fungerer for å tillate mer bevegelse av de kortikale motorcellene enn det ellers ville vært tillatt av de typiske cellulosemikrofibrillerne i celleveggen.
"Vi gir en hypotese om at pulvinære spalter har en rolle i dynamisk bladbevegelse gjennom repeterende og reversibel deformasjon av kortikale motorceller i samspill med andre faktorer, inkludert celluloseorientering, pektinrik sammensetning av celleveggen, geometrien til kortikale motorceller, og de aktin cytoskjelett, sier Miyuki Nakata.
Studien er publisert i tidsskriftet Plantfysiologi.