Ridurile plantelor

O plantă se poate dezvolta într-un mod surprinzător de ordonat, însă mici diferențe în creșterea celulelor pot schimba radical forma finală.

Un nou studiu asupra Arabidopsis, o plantă cu flori, a analizat de ce unele structuri vegetale rămân netede, în timp ce pe altele apar pliuri și riduri.

Cercetarea evidențiază legătura mecanică dintre diferitele straturi celulare și arată că atât direcția creșterii, cât și rigiditatea țesuturilor influențează formele care apar în timpul dezvoltării.

Creșterea sepalelor, analizată în detaliu

Studiul s-a concentrat asupra sepalelor, structuri asemănătoare frunzelor care înconjoară bobocul floral și îl protejează înainte de deschidere. Forma acestora nu depinde doar de dimensiunea la care ajung celulele. Direcția în care se extind celulele, precum și gradul în care diferitele straturi rezistă la deformare pot determina dacă suprafața rămâne netedă sau începe să se curbeze.

Cercetătorii au comparat plante Arabidopsis normale cu o variantă mutantă care dezvolta sepale vizibil încrețite. Comparația le-a permis să analizeze comportamentul straturilor interioare și exterioare pe măsură ce structurile se dezvoltau.

Cercetătorii nu au analizat doar forma finală, ci au urmărit creșterea în timp. Astfel, au putut observa progresiv modul în care diferențele dintre cele două straturi celulare au influențat forma finală.

Celulele au fost urmărite în timpul creșterii

Echipa de cercetare a urmărit modificările sepalelor aflate în dezvoltare prin imagistică în timp real, realizată la intervale regulate. Observațiile au permis măsurarea mai multor caracteristici, inclusiv viteza de extindere și diviziune a celulelor, precum și direcția în care acestea creșteau. Datele au fost apoi combinate cu modele computerizate.

Acest lucru a fost important deoarece un rid poate fi rezultatul vizibil al unor forțe mecanice care se formează treptat pe măsură ce țesuturile se extind.

Potrivit modelului, pentru apariția curburii trebuiau îndeplinite două condiții. Stratul exterior trebuia să crească mai mult decât cel interior, în special pe lățime, și să fie, în același timp, mai moale decât stratul aflat dedesubt. Atunci când aceste diferențe deveneau suficient de mari, suprafața exterioară nu mai putea să se adapteze uniform și să rămână netedă.

Direcția creșterii contează

Cea mai importantă diferență a fost observată în direcția de creștere a celulelor. La plantele normale, celulele din straturile interior și exterior ale sepalelor se alungeau, în general, spre vârf. Deoarece cele două suprafețe creșteau în direcții similare, dezvoltarea lor rămânea coordonată. Celulele plantelor mutante se comportau diferit.

Celulele din stratul exterior își schimbau direcția de creștere spre lateral, în loc să continue să se extindă spre vârf. Între timp, celulele din stratul interior continuau să crească în sus.

Această diferență a generat presiune mecanică între cele două straturi. Practic, una dintre suprafețe încerca să se extindă într-o direcție diferită de cealaltă. Deoarece țesuturile rămâneau conectate, diferența putea provoca comprimarea lor și, în cele din urmă, apariția unor pliuri vizibile. Cercetătorii au identificat și diferențe de rigiditate.

La sepalele normale, straturile interior și exterior aveau o rigiditate similară. La plantele mutante, stratul exterior era mai moale, în timp ce stratul interior rămânea mai rigid.

Pot fi prevenite ridurile?

Cercetătorii nu s-au limitat la observarea diferențelor. Ei au testat și dacă forma neobișnuită putea fi corectată prin modificarea tiparului de creștere. Printr-o intervenție genetică, au modificat creșterea sepalelor mutante astfel încât celulele să se extindă din nou în sus. După această modificare, sepalele nu mai prezentau același fenomen de curbare.

Intervenția a restabilit și un nivel mai uniform de rigiditate între straturile interior și exterior. Acest rezultat susține ideea că forma neobișnuită nu este rezultatul unui singur factor. În schimb, direcția creșterii și proprietățile mecanice ale straturilor învecinate au determinat împreună forma finală.

Ce poate explica această descoperire?

Înțelegerea modului în care celulele controlează forma fizică poate fi utilă dincolo de această mică structură florală. Organele plantelor pot avea nenumărate forme, de la suprafețe relativ plate până la structuri cu curburi, pliuri și alte caracteristici complexe.

Potrivit cercetătorilor, înțelegerea mecanicii creșterii ar putea ajuta oamenii de știință, în viitor, să controleze dezvoltarea țesuturilor vii.

Cercetările de acest tip se află încă într-un stadiu incipient, însă principiul este ușor de observat: forma biologică nu rezultă neapărat dintr-o singură instrucțiune transmisă celulelor, ci poate apărea și din interacțiunea dintre creștere și forțele fizice.

Prin combinarea imagisticii în timp real cu măsurătorile și modelele computerizate, cercetătorii au putut asocia comportamentul celulelor cu modificările vizibile ale formei plantei. Rezultatele ilustrează modul în care tiparele de creștere microscopice pot determina forma unei întregi structuri biologice.