A Planzen fänken d'Zellen, déi d'intern Struktur vu Blieder bilden, als enk kompaktéiert Kugel an de fréie Stadien vun der Blatentwécklung un. Wéi d'Blat sech entwéckelt an erweidert, huelen dës Zellen nei Formen un a loosen sech op. Awer d'Mikrostruktur vum Blat bleift robust an intakt.
E Team vu Fuerscher - dorënner eng mechanesch Ingenieur, Planzebiolog an ugewandte Physiker - huet erausfonnt wéi dat geschitt. Dat ze maachen beäntwert net nëmmen Froen, déi d'Pflanzenwelt laang verwinnt hunn, awer et kéint zu der Fabrikatioun vun energieproduzéierende fotosyntheteschen Materialien féieren. D'Resultater vun hirer Aarbecht erschéngen am Journal vun der Royal Society Interface.
D'Mëttschicht vu Planzenblieder ass bekannt als de spongy Mesophyll, wat e poröse Netz ass Zellen wou Fotoynthese geschitt. An dësem Prozess, Kuelendioxid (CO Eng2) kënnt duerch ënnen vun der Blieder, Sonneliicht kënnt duerch d'Spëtzt eran, an dann interagéieren déi zwee bannent der mëttlerer Schicht vun Zellen. An de fréie Stadien vun engem Blat sinn d'Zellen an dëser Schicht bal kugelfërmeg a fest zesummegepackt. Wann d'Zellen awer esou bleiwen, hunn d'Liicht an de Kuelendioxid keng Plaz fir ze interagéieren. Also d'Zellen loosen sech fir Plaz ze maachen fir Fotosynthese z'erméiglechen. Awer doduerch, firwat verléiert d'Blat net seng Struktur a brécht aus?
"De spongy Mesophyll ass fäeg sech zu engem ganz poröse Material z'entwéckelen, awer d'Eegeschafte vun engem Feststoff behalen", sot de Corey O'Hern, Professer fir mechanesch Ingenieuren & Material Wëssenschaft. "Dat ass de Paradox, datt de Blat dës labyrinthesch Struktur vum Loftraum muss kreéieren fir d'Diffusioun vu CO z'erméiglechen.2- awer d'Blat muss nach ëmmer mechanesch stabil bleiwen.
Fir dësen kontraintuitive Prozess ze verstoen, hunn O'Hern an déi aner Fuerscher Biller benotzt, déi mat konfokaler Mikroskopie vun den Zellen a verschiddene Phasen vun der Entwécklung vum Blat gemaach goufen.
"Mir hunn eng Berechnungsmodell fir d'Forme vun eenzelne Zellen ze beschreiwen a wéi vill se unenee festhalen", sot den O'Hern. "Duerno hu mir d'Entwécklung vum spongy Mesophyll modelléiert andeems Dir op den Tissu op alle Säiten zitt."
Dës Studien enthalen d'Messung vun de Formen vun all Zellen an d'Porositéit vum Mesophyll (dat ass, wéi vill vum Material aus Zellen a wéi vill aus Loft besteet). D'Fuerscher hunn de Verlaf vun der Zellentwécklung vu fréie bis spéiden Entwécklungsstadien gegraff an observéiert wéi d'Zellen aus enk gepackte Kugelen op verlängerten a multi-lobed Formen morphéieren.
Si hunn erausfonnt datt, anstatt d'Blatstruktur ze zerbriechen, d'Zellen, déi sech ausbreeden, d'Struktur vum Blat behalen. "Wat geschitt ass datt d'Zellen am spongy Mesophyll nach no bausse drécken, während den Epidermalgewebe am Blat et dobannen hält," sot O'Hern.
Déi spezifesch Planz, déi se gekuckt hunn, ass d'Thale Kress, eng Wildflower bekannt fir Wëssenschaftler als Arabidosis thaliana. Et gëtt als Fruuchtflie vu Planzen ugesinn, well et besonnesch nëtzlech ass fir Experimenter. Et germinéiert ganz séier, an d'Gene vun der Planz si bekannt.
Fir zukünfteg Studien plangen d'Fuerscher hire Berechnungsmodell op aner uwenden Planzenaarten fir ze kucken ob de Modell déi breet Diversitéit vu spongy Mesophyll Struktur erkläre kann. Weider wëlle se dat applizéieren wat se geléiert hunn fir kënschtlech Planzengewebe ze kreéieren.
"Wa mir kënne verstoen wéi Planzen si sou effizient bei der Fotosynthese, a kënnen d'Selbstversammlung vu Blatmesophyll verstoen, vläicht kënne mir ähnlech Fotosynthetesch Materialien am Labo erstellen.