Oblik biljaka

Biljka može rasti na iznenađujuće organizovan način, ali male razlike u tome kako se njene ćelije šire mogu dramatično promeniti konačni oblik.

Nova studija cvetne biljke Arabidopsis istražila je zašto neke biljne strukture ostaju glatke dok druge razvijaju naboranost i bore.

Istraživanje ukazuje na mehanički odnos između različitih slojeva ćelija, pokazujući da i pravac rasta i tvrdoća tkiva utiču na oblike koji se razvijaju tokom razvoja.

Pažljiv pogled na rast latica

Studija je bila usmerena na latice, listolike strukture koje okružuju i štite cvetni pupoljak pre nego što se otvori. Njihov oblik nije samo rezultat rasta većih ćelija. Pravac u kojem se te ćelije šire, zajedno sa tim koliko čvrsto različiti slojevi odole deformaciji, može uticati na to da li će površina ostati ravna ili početi da se nabora.

Naučnici su uporedili normalne biljke Arabidopsis sa mutantom koji je proizveo primetno naborane latice. Ovaj poređenje je timu pružilo priliku da ispitaju kako su se unutrašnji i spoljašnji slojevi ponašali tokom razvoja struktura.

Umesto da gledaju samo završeni oblik, istraživači su pratili rast tokom vremena. To je pomoglo da se otkrije kako su razlike između ta dva sloja ćelija postepeno proizvele konačni oblik.

Praćenje rasta ćelija dok se razvijaju

Istraživački tim je koristio snimanje uživo u redovnim intervalima da bi pratili promene u razvoju latica. Posmatranja su im omogućila da mere nekoliko karakteristika, uključujući koliko brzo su se ćelije širile i delile i u kojim pravcima su rasle.

Informacije su zatim kombinovane sa računarskim modeliranjem. Ovaj pristup je bio važan jer nabor može biti vidljiv rezultat mehaničkih sila koje se razvijaju postepeno dok tkiva rastu.

Model je pokazao da naboranost zahteva dva uslova. Spoljašnji sloj je morao rasti više od unutrašnjeg sloja, posebno preko svoje širine, dok je istovremeno morao biti mekaniji od sloja ispod. Kada su se te razlike uvećale dovoljno, spoljašnja površina više nije mogla ostati ravno poravnata.

Pravac rasta čini razliku

Najvažniji kontrast se pojavio u pravcu rasta ćelija. U normalnim biljkama, ćelije u oba sloja latice generalno su se produžavale prema vrhu. Budući da su se ova dva sloja širila u sličnom pravcu, njihov razvoj je ostao koordinisan.

Mutantne biljke su se ponašale drugačije. Ćelije u spoljašnjem sloju su promenile svoj pravac rasta bočno umesto da nastave ka vrhu. Istovremeno, ćelije u unutrašnjem sloju su i dalje rasle ka gore.

Ta razlika je stvorila mehanički pritisak između ta dva sloja. Jedna površina je efikasno pokušavala da se širi u drugom pravcu u poređenju sa drugom. Dok su tkiva ostala povezana, ta razlika je mogla proizvesti kompresiju i kasnije vidljive nabore. Istraživači su takođe otkrili razliku u čvrstoći.

U normalnim laticama, unutrašnji i spoljašnji slojevi su imali sličnu čvrstoću. U mutantskom obliku, spoljašnji sloj je bio mekaniji dok je unutrašnji sloj ostao čvršći.

Testiranje da li se nabori mogu sprečiti

Istraživači su uradili više od samog posmatranja razlike. Takođe su testirali da li promena obrasca rasta može ispraviti neobičan oblik. Koristeći genetsku intervenciju, tim je preusmerio rast u mutantnim laticama tako da su se ćelije ponovo proširile ka gore. Nakon ove prilagodbe, latice više nisu pokazivale isto naborani oblik.

Tretman je takođe vratio više dosledan nivo čvrstoće između unutrašnjih i spoljašnjih slojeva. Ovaj rezultat podržava ideju da neobičan oblik nije uzrokovan samo jednim faktorom. Umesto, pravac rasta i mehaničke osobine susednih slojeva su radili zajedno kako bi odredili ishod.

Šta bi ovo otkriće moglo objasniti

Razumevanje kako ćelije kontrolišu fizički oblik može imati primene izvan jedne male cvetne strukture. Biljni organi dolaze u mnogo različitih oblika, od relativno ravne površine do struktura sa krivinama, naborima i drugim složenim karakteristikama.

Istraživači sugeriraju da poznavanje mehanike rasta konačno može pomoći naučnicima da usmere razvoj živih materijala.

Takav rad je još uvek u istraživačkoj fazi, ali princip je koristan: biološki oblik može proizaći iz interakcije između rasta i fizičkih sila umesto jednostavne instrukcije koja govori ćelijama kakav oblik da naprave.

Kombinovanjem snimanja uživo sa merenjima i računarskim modeliranjem, istraživači su mogli da povežu ponašanje ćelija sa vidljivim promenama u obliku biljaka. Ovi nalazi pružaju koristan primer kako mikroskopski obrasci rasta mogu oblikovati celu biološku strukturu.