By plante begin die selle wat die interne struktuur van blare vorm as dig gekompakteerde sfere in die vroeë stadiums van blaarontwikkeling. Soos die blaar ontwikkel en uitbrei, neem hierdie selle nuwe vorms aan en word dit los. Tog bly die blaar se mikrostruktuur robuust en ongeskonde.
'n Span navorsers—insluitend a meganiese ingeneur, plantbioloog en toegepaste fisikus—het uitgepluis hoe dit gebeur. Om dit te doen, beantwoord nie net vrae wat die plantwêreld lank verstom het nie, maar dit kan lei tot die vervaardiging van energieproduserende fotosintetiese materiale. Die resultate van hul werk verskyn in die Tydskrif vir die Royal Society Interface.
Die middelste laag plantblare staan bekend as die sponsagtige mesofil, wat 'n poreuse netwerk van selle waar fotosintese gebeur. In hierdie proses, koolstofdioksied (CO2) kom op deur die onderkant van die blaar, sonlig kom deur die bokant in, en dan werk die twee binne die middelste laag selle in wisselwerking. In 'n blaar se vroeë stadiums is die selle in hierdie laag byna bolvormig en styf saamgepak. As die selle egter so bly, het die lig en die koolstofdioksied geen ruimte om met mekaar te reageer nie. So word die selle los om plek te maak sodat fotosintese kan plaasvind. Maar deur dit te doen, hoekom verloor die blaar nie sy struktuur en breek uitmekaar nie?
"Die sponsagtige mesofil kan ontwikkel tot 'n baie poreuse materiaal, maar behou tog die eienskappe van 'n vaste stof," sê Corey O'Hern, professor in meganiese ingenieurswese en materiaalwetenskap. “Dit is die paradoks dat die blaar hierdie labirintstruktuur van lugruimte moet skep om verspreiding van CO moontlik te maak2—maar die blaar moet steeds meganies stabiel bly.”
Om hierdie teen-intuïtiewe proses te verstaan, het O'Hern en die ander navorsers beelde gebruik wat gemaak is met konfokale mikroskopie van die selle in verskillende fases van die blaar se ontwikkeling.
"Ons het 'n berekeningsmodel om die vorms van individuele selle te beskryf en hoeveel hulle aan mekaar kleef,” het O'Hern gesê. "Toe het ons die ontwikkeling van die sponsagtige mesofil gemodelleer deur die weefsel aan alle kante te trek."
Hierdie studies het die meting van die vorms van alle selle en die porositeit van die mesofil ingesluit (dit wil sê hoeveel van die materiaal uit selle bestaan en hoeveel uit lug bestaan). Die navorsers het die verloop van die selle se ontwikkeling van vroeë tot laat stadiums van ontwikkeling in kaart gebring en waargeneem hoe die selle van styfgepakte sfere na langwerpige en meerlobbige vorms verander.
Hulle het gevind dat, eerder as om die blaarstruktuur te laat afbreek, die selle wat uitsprei, die blaar se struktuur behou het. "Wat gebeur, is dat die selle in die sponsagtige mesofil steeds uitwaarts druk, terwyl die epidermale weefsel in die blaar dit binne hou," het O'Hern gesê.
Die spesifieke plant waarna hulle gekyk het, is die thale-kers, 'n veldblom wat aan wetenskaplikes bekend staan as Arabidosis thaliana. Dit word beskou as die vrugtevlieg van plante omdat dit veral nuttig is vir eksperimente. Dit ontkiem baie vinnig, en die gene van die plant is welbekend.
Vir toekomstige studies beplan die navorsers om hul berekeningsmodel op ander toe te pas plantspesies om te sien of die model die wye diversiteit van sponsagtige mesofilstruktuur kan verduidelik. Verder wil hulle toepas wat hulle geleer het om kunsmatige plantweefsel te skep.
“As ons kan verstaan hoe plante is so doeltreffend met fotosintese en kan die selfsamestelling van blaarmesofil verstaan, miskien kan ons soortgelyke fotosintetiese materiale in die laboratorium skep.”