У растений клетки, образующие внутреннюю структуру листьев, начинаются как сильно уплотненные сферы на ранних стадиях развития листьев. По мере того, как лист развивается и расширяется, эти клетки приобретают новые формы и ослабевают. Тем не менее, микроструктура листа остается прочной и неповрежденной, сообщает «phys.org».
Средний слой листьев растений известен как губчатый мезофилл, который представляет собой пористую сеть клеток, где происходит фотосинтез.
В этом процессе углекислый газ (CO)2) поднимается через нижнюю часть листа, солнечный свет проникает через верхнюю часть, а затем они взаимодействуют в среднем слое клеток. На ранних стадиях листа клетки в этом слое почти сферические и плотно упакованы вместе. Однако, если клетки остаются такими, свет и углекислый газ не имеют места для взаимодействия. Таким образом, клетки ослабевают, чтобы освободить место, чтобы позволить фотосинтезу произойти. Но при этом почему лист не теряет свою структуру и не распадается?
Это парадокс, что лист должен создать эту лабиринтную структуру воздушного пространства, чтобы обеспечить диффузию CO.2— но лист все равно должен оставаться механически стабильным», - говорит биолог растений и прикладной физик Йельского университета.
Исследования включали измерение формы всех клеток и пористости мезофилла (то есть, сколько материала состоит из клеток и сколько состоит из воздуха). Исследователи наметили ход развития клеток от ранних до поздних стадий развития и наблюдали, как клетки превращаются из плотно упакованных сфер в вытянутые и многолопастные формы.
Они обнаружили, что вместо того, чтобы вызывать разрушение структуры листа, клетки поддерживали структуру листа снаружи.
Конкретным растением, на которое они смотрели, является кресс-салат, полевой цветок, известный ученым как Arabidosis thaliana. Он прорастает очень быстро, а гены растения хорошо известны.
Для будущих исследований ученые планируют применить свою вычислительную модель к другим видам растений, чтобы увидеть, может ли модель объяснить широкое разнообразие губчатой структуры мезофилла. Кроме того, они хотят применить то, что они узнали, к созданию искусственной растительной ткани.
«Если мы сможем понять, как растения настолько эффективны при фотосинтезе, и сможем понять самосборку листового мезофилла, возможно, мы сможем создать подобные фотосинтетические материалы в лаборатории».