Pergerakan tumbuhan telah lama menarik perhatian ramai penyelidik. Kekacang ialah sekumpulan tumbuhan yang terkenal kerana mempamerkan pelbagai pergerakan daun, termasuk "gerakan nyctinastic," di mana daun dibuka pada waktu siang dan ditutup pada waktu malam. Pergerakan tumbuhan yang serupa termasuk pergerakan disebabkan cahaya biru dan sensitif sentuhan, seperti dalam tumbuhan sensitif seperti Mimosa pudica.
Pergerakan dalam struktur daun disebabkan oleh berulang dan boleh diterbalikkan lanjutan dan penguncupan motor sel-sel, iaitu sel-sel dalam struktur yang dipanggil pulvinus di pangkal risalah dan tangkai daun. Sambungan dan penguncupan sel berulang dan boleh balik seperti itu sangat jarang berlaku dalam sel tumbuhan, yang dikelilingi oleh dinding sel. Lebih-lebih lagi, ia tidak difahami dengan baik bagaimana sel-sel motor mampu untuk sambungan dan penguncupan berulang dan boleh balik.
Dinding sel tumbuhan terdiri daripada beberapa mikrofibril selulosa yang mengecut atau mengembang sebagai tindak balas kepada perbezaan kepekatan osmotik antara bahagian dalam dan luar sel. Walau bagaimanapun, jumlah perubahan yang boleh disebabkan oleh anisotropi dalam susunan mikrofibril selulosa tidak dapat menjelaskan julat penuh pergerakan daripada pulvinus.
Pasukan penyelidik yang diketuai oleh Miyuki Nakata dan Taku Demura di Institut Sains dan Teknologi Nara (NAIST) memeriksa keratan rentas sel motor pulvinar dari Desmodium paniculatum menggunakan mikroskop laser confocal untuk menyiasat mekanisme lanjutan dan penguncupan sel berulang dan boleh balik. Mereka mengenal pasti "celah" lilitan unik dalam dinding sel sel motor yang mengandungi kurang selulosa. Struktur itu dipelihara merentasi dua subfamili kekacang, termasuk kacang soya, kudzu dan tumbuhan sensitif.
Selepas memindahkan hirisan tisu daripada sel motor kortikal kekacang kepada larutan osmolariti yang berbeza, celah pulvinar bertambah lebar, menunjukkan mekanisme yang dinding sel tumbuhan boleh melentur sebagai tindak balas kepada larutan yang mempunyai osmolariti yang berbeza.
Melalui gabungan analisis dinding sel terperinci, simulasi komputer, dan pemerhatian celah pulvinar dalam sel yang mengalami lanjutan dan pengecutan, celah pulvinar ditentukan sebagai struktur fleksibel mekanikal yang membuka dan menutup semasa lanjutan dan pengecutan sel.
"Pemodelan komputer mencadangkan bahawa celah pulvinar memudahkan sambungan anisotropik ke arah yang berserenjang dengan celah dengan adanya tekanan turgor," kata Miyuki Nakata. Para penyelidik membandingkan tindakan itu dengan potongan lurus atau celah yang digunakan dalam kirigami, sebuah kraf kertas Jepun, untuk meningkatkan kebolehpanjangan helaian kertas.
Oleh itu, pasukan penyelidik mencadangkan bahawa celah pulvinar yang unik ini adalah struktur yang bertindak membenarkan lebih banyak pergerakan sel motor kortikal daripada yang dibenarkan oleh mikrofibril selulosa biasa dalam dinding sel.
"Kami memberikan hipotesis bahawa celah pulvinar mempunyai peranan dalam pergerakan daun yang dinamik melalui ubah bentuk berulang dan boleh balik sel motor kortikal bersamaan dengan faktor lain termasuk orientasi selulosa, komposisi dinding sel yang kaya dengan pektin, geometri sel motor kortikal, dan yang sitoskeleton aktin,” kata Miyuki Nakata.
Kajian ini diterbitkan dalam jurnal Fisiologi Loji.