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      拼圖配置有助于植物表皮細胞承受高壓
      
			
      
				2019-04-26 11:34:41
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      植物細胞承受著巨大的壓力。為了防止自己爆裂，植物必須提出一些獨特的東西：據(jù)科隆馬克斯普朗克植物育種研究所的科學家稱，不規(guī)則形狀的表皮細胞比圓形和其他形狀均勻的細胞更能承受內(nèi)部壓力。
      

      拼圖配置有助于植物表皮細胞承受高壓
      

      非木本植物沒有骨架來支撐它們。因此，為了保持直立和抵抗環(huán)境力，他們的細胞被構造成充氣氣球。因為細胞質(zhì)含有比細胞周圍更高濃度的溶解物質(zhì)，所以外部的水流入細胞，產(chǎn)生所謂的膨壓?？梢赃_到20巴或更高的Turgor壓力壓在細胞壁上。為了抵抗這種壓力，墻壁由剛性纖維增強的剛性凝膠制成，這些纖維不斷重新排列以使細胞生長。
      

      然而，根據(jù)科隆研究人員的調(diào)查結果，單獨的細胞壁并不總是足以防止植物細胞爆裂。盡管植物內(nèi)部細胞的壓力被相鄰細胞的壓力抵消，但表面細胞暴露于特別高的壓力。
      

      這可能解釋了許多植物表面細胞的非凡形狀嗎?表皮細胞看起來像拼圖塊，帶有互鎖的標簽和口袋。科學家們使用專門開發(fā)的計算機模型計算出各種形狀細胞的內(nèi)部壓力。“由于它們的形狀不規(guī)則，表面細胞能夠顯著減少由膨脹壓力引起的機械應力。形狀像拼圖的細胞需要更少的細胞壁來抵抗膨脹，可能節(jié)省植物的重要資源，”馬克斯普朗克研究所的理查德史密斯說。用于植物育種研究。
      

      形式跟隨增長
      

      然而，并非所有植物表皮細胞都形成為拼圖塊。因此，科學家比較了各種植物，發(fā)現(xiàn)細胞形狀取決于器官如何生長：“具有優(yōu)先生長方向的器官，如根和莖，通常具有圓柱形細胞。相比之下，葉子在或多或少均勻生長。所有方向，幾乎總是有不規(guī)則形狀的表皮細胞，“史密斯說。在用轉基因植物進行的實驗中，它們表明表皮細胞的形狀取決于生長的類型。例如，如果擬南芥(擬南芥)經(jīng)過基因改造以使其葉子具有主要的生長方向，則表皮細胞呈現(xiàn)規(guī)則而不是拼圖形狀。
      

      細長的細胞，或具有??謎題形狀的細胞，沒有大的開放區(qū)域，在沒有交叉壁的支撐的情況下傾向于凸出，并且能夠更好地承受膨脹壓力。研究人員用虛擬植物組織的機械計算機模型證實了這一假設。然后，他們繼續(xù)開發(fā)一種不斷增長的模型，細胞根據(jù)壓力改變其形狀。當科學家們向各個方向生長虛擬表皮時，表皮就像一個拼圖游戲。相反，當表皮主要在一個方向上生長時，細胞被均勻地成形。通過改變其他參數(shù)，例如最大開放區(qū)域的最大尺寸，或墻壁的剛度，程序甚至能夠產(chǎn)生自然界中出現(xiàn)的其他細胞形狀。
      

      沒有信號分子的通訊?
      

      根據(jù)他們的模型，發(fā)生各種細胞形狀而不需要細胞通過化學信使彼此通信。很多工作都集中在想要形成標簽的單元格可以使用這樣的化學信使告訴其鄰居騰出空間并形成相應的口袋的想法。“我們不知道是否涉及化學信使，但我們的模型顯示它不是必需的，”史密斯說。相反，細胞也可以通過它們對鄰居施加的力量進行通信并觸發(fā)形狀變化。
      

      該研究提供了幾何學如何影響細胞力學的見解，以及當植物“生長”其結構時植物如何利用細胞形狀來優(yōu)化其資源利用。今天，存在許多生物學啟發(fā)的合成材料。拼圖形狀以及植物如何利用它可以為新材料和結構的設計提供有價值的見解，有可能為依賴于充氣“細胞”形狀的建筑物的設計提供信息。隨著科學家們開始探索成長的材料，這些應用將變得尤為重要。
      
			

			
        
      
			
      
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