Kretanje biljaka dugo je fasciniralo mnoge istraživače. Mahunarke su grupa biljaka poznata po tome što pokazuju različite pokrete listova, uključujući "niktinastičko kretanje", u kojem se listovi otvaraju danju, a zatvaraju noću. Slični pokreti biljaka uključuju pokrete izazvane plavim svjetlom i pokrete osjetljive na dodir, kao što je kod osjetljivih biljaka poput Mimosa pudica.
Pokreti u strukturama lista uzrokovani su ponovljenim i reverzibilnim produžetak i kontrakcija motor ćelije, koje su ćelije u strukturi zvanoj pulvinus na dnu listića i peteljki. Takvo ponavljajuće i reverzibilno proširenje i kontrakcije ćelije vrlo su rijetke u biljnim stanicama koje su okružene krutim ćelijski zid. Štaviše, nije dobro shvaćeno kako su motoričke ćelije sposobne za ponavljajuće i reverzibilno produženje i kontrakciju.
Zidovi biljnih stanica sastoje se od niza celuloznih mikrofibrila koji se skupljaju ili šire kao odgovor na osmotske razlike u koncentraciji između unutarnje i vanjske strane ćelije. Međutim, količina promjene koja može biti izazvana anizotropijom u rasporedu celuloznih mikrofibrila ne može objasniti cijeli raspon pokret pulvinusa.
Istraživački tim koji su predvodili Miyuki Nakata i Taku Demura na Institutu za nauku i tehnologiju Nara (NAIST) ispitao je poprečne presjeke pulvinarnih motornih stanica iz Desmodium paniculatum koristeći konfokalnu lasersku mikroskopiju kako bi istražio mehanizam ponavljajućeg i reverzibilnog proširenja i kontrakcije stanica. Identificirali su jedinstvene obodne "proreze" u ćelijskom zidu motoričkih ćelija koje su sadržavale manje celuloze. Strukture su očuvane u dvije potfamilije mahunarki, uključujući soju, kudzu i osjetljive biljke.
Nakon prenošenja rezova tkiva iz kortikalnih motornih ćelija mahunarki u rastvore različitog osmolariteta, pulvinarski prorezi su se povećali u širinu, što ukazuje na mehanizam kojim se zidovi biljnih ćelija mogu se savijati kao odgovor na rješenja različite osmolarnosti.
Kombinacijom detaljne analize ćelijskog zida, kompjuterske simulacije, i posmatranja pulvinarnih proreza u ćelijama koje prolaze kroz ekstenziju i kontrakciju, utvrđeno je da su pulvinarni prorezi mehanički fleksibilne strukture koje se otvaraju i zatvaraju tokom proširenja i kontrakcije ćelije.
„Kompjutersko modeliranje sugerira da pulvinarski prorezi olakšavaju anizotropno proširenje u smjeru okomitom na proreze u prisustvu turgorskog pritiska“, kaže Miyuki Nakata. Istraživači su uporedili ovu akciju s ravnim rezovima ili prorezima koji se koriste u kirigamiju, japanskoj izradi papira, kako bi se poboljšala rastezljivost lista papira.
Stoga je istraživački tim predložio da su ovi jedinstveni, pulvinarski prorezi strukture koje djeluju tako da omogućavaju više pokreta kortikalnih motornih stanica nego što bi inače bilo dopušteno tipičnim celuloznim mikrofibrilima u ćelijskom zidu.
“Pružamo hipotezu da pulvinarski prorezi imaju ulogu u dinamičkom kretanju listova kroz ponavljajuće i reverzibilne deformacije kortikalnih motornih stanica u skladu s drugim faktorima uključujući orijentaciju celuloze, sastav ćelijskog zida bogat pektinom, geometriju kortikalnih motornih stanica i the aktinski citoskelet“, kaže Miyuki Nakata.
Studija je objavljena u časopisu Plant Physiology.