Өсімдіктерде жапырақтың ішкі құрылымын құрайтын жасушалар жапырақ дамуының алғашқы кезеңінде тығыз нығыздалған шарлар түрінде басталады. Жапырақ дамып, кеңейген сайын бұл жасушалар жаңа пішіндерге ие болып, қопсытады. Дегенмен жапырақтың микроқұрылымы берік және бұзылмаған.
Зерттеушілер тобы, соның ішінде а механикалық инженер, өсімдік биологы және қолданбалы физик — мұның қалай болатынын анықтады. Бұл өсімдік әлемін көптен бері толғандырған сұрақтарға жауап беріп қана қоймайды, сонымен қатар энергия өндіретін фотосинтетикалық материалдарды өндіруге әкелуі мүмкін. Олардың жұмысының нәтижелері Корольдік қоғам интерфейсінің журналы.
Өсімдік жапырақтарының ортаңғы қабаты кеуекті тор болып табылатын губка тәрізді мезофилл деп аталады жасушалар қайда фотосинтез орын алады. Бұл процесте, Көмір қышқыл газы (СО2) төменгі жағынан жоғары шығады жапырақ, күн сәулесі жоғарғы жағынан енеді, содан кейін екеуі жасушалардың ортаңғы қабатында өзара әрекеттеседі. Жапырақтың ерте кезеңдерінде бұл қабаттағы жасушалар сфералық дерлік және тығыз орналасқан. Алайда, егер жасушалар осылай қалса, жарық пен көмірқышқыл газының өзара әрекеттесуіне орын болмайды. Осылайша жасушалар фотосинтездің жүруіне мүмкіндік беру үшін бос орындарды босатады. Бірақ бұлай істегенде жапырақ неге құрылымын жоғалтпайды және бөлшектенбейді?
Кори О'Херн, машина жасау факультетінің профессоры: «Көк тәрізді мезофилл өте кеуекті материалға айнала алады, бірақ қатты дененің қасиеттерін сақтайды», - деді. материалтану. «Бұл парадокс, жапырақ СО диффузиясын қамтамасыз ету үшін ауа кеңістігінің лабиринттік құрылымын жасауы керек.2— бірақ жапырақ әлі де механикалық тұрақты болып қалуы керек».
Бұл қарсы процесті түсіну үшін О'Херн және басқа зерттеушілер жапырақ дамуының әртүрлі фазаларында жасушалардың конфокальды микроскопиясы арқылы жасалған суреттерді пайдаланды.
«Біз а есептеу моделі жеке жасушалардың пішіндерін және олардың бір-біріне қаншалықты жабысатынын сипаттау үшін», - деді О'Херн. «Содан кейін біз тіндерді барлық жағынан тарту арқылы губка тәрізді мезофиллдің дамуын модельдедік».
Бұл зерттеулерге барлық жасушалардың пішіндерін және мезофиллдің кеуектілігін өлшеу кірді (яғни материалдың қанша бөлігі жасушалардан және қанша бөлігі ауадан тұрады). Зерттеушілер жасушалардың дамуының ерте кезеңнен кеш даму кезеңіне дейінгі сызбасын жасады және жасушалардың тығыз оралған сфералардан ұзартылған және көп лобты пішіндерге қалай өзгеретінін байқады.
Олар жапырақ құрылымын бұзудың орнына, жайылып жатқан жасушалар жапырақ құрылымын сақтайтынын анықтады. О'Херн: «Не болып жатыр, губка тәрізді мезофиллдегі жасушалар әлі де сыртқа қарай итеріп жатыр, ал жапырақтағы эпидермиялық ұлпа оны ішінде ұстайды», - деді О'Херн.
Олар қараған ерекше өсімдік - тал кресс, ғалымдарға Arabidosis thaliana деген атпен белгілі жабайы гүл. Бұл өсімдіктердің жеміс шыбыны болып саналады, өйткені ол эксперименттер үшін әсіресе пайдалы. Ол өте тез өнеді, өсімдіктің гендері белгілі.
Болашақ зерттеулер үшін зерттеушілер өздерінің есептеу моделін басқаларға қолдануды жоспарлап отыр өсімдік түрлері модель губка тәрізді мезофилл құрылымының алуан түрлілігін түсіндіре алатынын білу үшін. Одан әрі олар үйренгендерін жасанды өсімдік тінін жасауға қолданғысы келеді.
«Егер біз қалай түсінсек өсімдіктер Олар фотосинтезде соншалықты тиімді және жапырақ мезофиллінің өздігінен жиналуын түсінеді, мүмкін біз зертханада осындай фотосинтетикалық материалдарды жасай аламыз ».