Kretanje biljaka dugo je fasciniralo mnoge istraživače. Mahunarke su skupina biljaka poznatih po izlaganju različitih pokreta lišća, uključujući "niktinastičko kretanje", u kojem se listovi otvaraju danju i zatvaraju noću. Slični pokreti biljaka uključuju pokrete uzrokovane plavim svjetlom i pokrete osjetljive na dodir, kao što su osjetljive biljke poput Mimosa pudica.
Kretanje u strukturama lista uzrokovano je ponovljenim i reverzibilnim nastavak i kontrakcija od motor stanice, koje su stanice u strukturi koja se naziva pulvinus na dnu listića i peteljki. Takvo ponavljajuće i reverzibilno produžavanje i skupljanje stanica vrlo je rijetko u biljnim stanicama koje su okružene krutom stanične stijenke. Štoviše, nije dobro shvaćeno kako su motoričke stanice sposobne za ponavljajuće i reverzibilno širenje i skupljanje.
Stanične stijenke biljaka sastoje se od brojnih celuloznih mikrofibrila koje se skupljaju ili šire kao odgovor na osmotske koncentracijske razlike između unutarnje i vanjske strane stanice. Međutim, količina promjene koju može izazvati anizotropija u rasporedu celuloznih mikrofibrila ne može objasniti cijeli raspon pokret od pulvinusa.
Istraživački tim predvođen Miyukijem Nakatom i Takuom Demurom na Institutu za znanost i tehnologiju Nara (NAIST) ispitao je poprečne presjeke pulvinarnih motoričkih stanica Desmodium paniculatuma koristeći konfokalnu lasersku mikroskopiju kako bi istražili mehanizam ponavljajućeg i reverzibilnog produženja i skupljanja stanica. Identificirali su jedinstvene obodne "proreze" u staničnoj stijenci motornih stanica koje su sadržavale manje celuloze. Strukture su sačuvane u dvije potporodice mahunarki, uključujući soju, kudzu i osjetljive biljke.
Nakon prijenosa rezova tkiva iz kortikalnih motoričkih stanica mahunarki u otopine različite osmolarnosti, pulvinarni prorezi su se povećali u širinu, što ukazuje na mehanizam kojim zidovi biljnih stanica mogao savijati kao odgovor na otopine različite osmolarnosti.
Kroz kombinaciju detaljne analize stanične stijenke, računalne simulacije, i promatranja pulvinarnih proreza u stanicama koje su podvrgnute ekstenziji i kontrakciji, utvrđeno je da su pulvinarni prorezi mehanički fleksibilne strukture koje se otvaraju i zatvaraju tijekom ekstenzije i kontrakcije stanice.
"Računalno modeliranje sugerira da pulvinarni prorezi olakšavaju anizotropno proširenje u smjeru okomitom na proreze u prisutnosti turgorskog tlaka", kaže Miyuki Nakata. Istraživači su usporedili radnju s ravnim rezovima ili prorezima koji se koriste u kirigamiju, japanskoj izradi papira, kako bi se povećala rastezljivost lista papira.
Stoga je istraživački tim predložio da su ti jedinstveni, pulvinarni prorezi strukture koje djeluju tako da dopuštaju više kretanja kortikalnih motoričkih stanica nego što bi to inače dopuštale tipične celulozne mikrofibrile u staničnoj stijenci.
“Pružamo hipotezu da pulvinarni prorezi imaju ulogu u dinamičkom kretanju lista kroz ponavljajuće i reverzibilne deformacije kortikalnih motoričkih stanica u skladu s drugim čimbenicima uključujući celuloznu orijentaciju, sastav stanične stijenke bogat pektinom, geometriju kortikalnih motoričkih stanica i the aktinski citoskelet”, kaže Miyuki Nakata.
Studija je objavljena u časopisu Fiziologija biljaka.