Plantebevægelse har længe fascineret mange forskere. Bælgplanter er en gruppe planter, der er berømt for at udvise forskellige bladbevægelser, herunder "nyktinastiske bevægelser", hvor bladene åbner sig om dagen og lukker om natten. Lignende plantebevægelser omfatter blåt lys-inducerede og berøringsfølsomme bevægelser, såsom i følsomme planter som Mimosa pudica.
Bevægelse i bladstrukturer er forårsaget af gentagne og reversible udvidelse og sammentrækning af motor celler, som er cellerne i en struktur kaldet pulvinus ved bunden af bladene og bladstilkene. Sådan gentagne og reversible celleudvidelser og sammentrækninger er meget sjældne i planteceller, som er omgivet af en stiv cellevæg. Desuden er det ikke godt forstået, hvordan motoriske celler er i stand til gentagne og reversible forlængelser og sammentrækninger.
Plantecellevægge er sammensat af en række cellulosemikrofibriller, der krymper eller udvider sig som reaktion på osmotiske koncentrationsforskelle mellem indersiden og ydersiden af cellen. Mængden af ændring, der kan induceres af anisotropi i arrangementet af cellulosemikrofibriller, kan imidlertid ikke forklare hele spektret af bevægelse af pulvinus.
Et forskerhold ledet af Miyuki Nakata og Taku Demura ved Nara Institute of Science and Technology (NAIST) undersøgte tværsnittene af pulvinære motorceller fra Desmodium paniculatum ved hjælp af konfokal lasermikroskopi for at undersøge mekanismen for gentagne og reversible celleudvidelser og sammentrækninger. De identificerede unikke periferiske "spalter" i cellevæggen af de motoriske celler, der indeholdt mindre cellulose. Strukturerne blev bevaret på tværs af to underfamilier af bælgplanter, herunder sojabønner, kudzu og følsomme planter.
Ved overførsel af vævsskiver fra bælgplantekortikale motorceller til opløsninger med forskellig osmolaritet, øgedes de pulvinære spalter i bredden, hvilket indikerer en mekanisme, hvorved plantecellevægge kunne bøje som svar på opløsninger med forskellig osmolaritet.
Gennem en kombination af detaljeret cellevægsanalyse, computersimuleringerog observationer af pulvinære spalter i celler, der gennemgår ekstension og kontraktion, blev pulvinære spalter bestemt til at være mekanisk fleksible strukturer, der åbner og lukker under celleudvidelse og kontraktion.
"Computermodellering antydede, at pulvinære spalter letter anisotropisk forlængelse i retningen vinkelret på spalterne i nærvær af turgortryk," siger Miyuki Nakata. Forskerne sammenlignede handlingen med de lige snit eller slidser, der blev brugt i kirigami, et japansk papirfartøj, for at forbedre strækbarheden af papirarket.
Forskerholdet foreslog således, at disse unikke, pulvinære spalter er strukturer, der virker til at tillade mere bevægelse af de kortikale motorceller, end de typiske cellulosemikrofibriller i cellevæggen ellers ville tillade.
"Vi giver en hypotese om, at pulvinære spalter har en rolle i dynamisk bladbevægelse gennem gentagne og reversible deformationer af kortikale motorceller i samspil med andre faktorer, herunder celluloseorientering, pektinrig sammensætning af cellevæggen, geometrien af kortikale motorceller og det actin cytoskelet,” siger Miyuki Nakata.
Undersøgelsen er offentliggjort i tidsskriftet Plantfysiologi.