Nas plantas, as células que forman a estrutura interna das follas comezan como esferas fortemente compactadas nas primeiras etapas do desenvolvemento das follas. A medida que a folla se desenvolve e se expande, estas células adquiren novas formas e afrouxanse. Con todo, a microestrutura da folla permanece robusta e intacta.
Un equipo de investigadores, incluíndo a enxeñeiro mecánico, biólogo vexetal e físico aplicado, descubriu como ocorre isto. Facelo non só responde a preguntas que durante moito tempo desconcertaron ao mundo vexetal, senón que podería levar á fabricación de materiais fotosintéticos produtores de enerxía. Os resultados do seu traballo aparecen no Journal of the Royal Society Interface.
A capa media das follas das plantas coñécese como mesófilo esponxoso, que é unha rede porosa de células onde fotosíntese ocorre. Neste proceso, gas carbónico (CO2) sae pola parte inferior do folla, a luz solar entra pola parte superior e, a continuación, os dous interactúan dentro da capa media das células. Nos primeiros estadios dunha folla, as células desta capa son case esféricas e están ben unidas. Non obstante, se as células permanecen así, a luz e o dióxido de carbono non teñen espazo para interactuar. Entón, as células afóxanse para facer espazo para permitir a fotosíntese. Pero ao facelo, por que a folla non perde a súa estrutura e se rompe?
"O mesófilo esponxoso é capaz de converterse nun material moi poroso, aínda que conserva as propiedades dun sólido", dixo Corey O'Hern, profesor de enxeñería mecánica e ciencia dos materiais. "Ese é o paradoxo, que a folla necesita crear esta estrutura labiríntica do espazo aéreo para permitir a difusión do CO2—pero a folla aínda ten que permanecer mecánicamente estable”.
Para comprender este proceso contraintuitivo, O'Hern e os demais investigadores utilizaron imaxes feitas con microscopía confocal das células en diferentes fases do desenvolvemento da folla.
“Creamos un modelo computacional para describir as formas das células individuais e canto se pegan entre si", dixo O'Hern. "Entón modelamos o desenvolvemento do mesófilo esponxoso tirando do tecido por todos os lados".
Estes estudos incluíron medir as formas de todas as células e a porosidade do mesófilo (é dicir, canto do material está formado por células e canto está formado por aire). Os investigadores trazaron o curso do desenvolvemento das células desde as fases iniciales ata as últimas do desenvolvemento e observaron como as células se transforman de esferas moi compactas a formas alongadas e multilobuladas.
Descubriron que, en lugar de provocar a descomposición da estrutura da folla, as células que se espallan mantiveron a estrutura da folla. "O que está a suceder é que as células do mesófilo esponxoso seguen empurrando cara a fóra, mentres que o tecido epidérmico da folla mantén dentro", dixo O'Hern.
A planta específica que miraron é o berro thale, unha flor silvestre coñecida polos científicos como Arabidosis thaliana. Considérase a mosca da froita das plantas porque é particularmente útil para experimentos. Xermina moi rapidamente, e os xenes da planta son ben coñecidos.
Para futuros estudos, os investigadores planean aplicar o seu modelo computacional a outros especies vexetais para ver se o modelo pode explicar a gran diversidade da estrutura esponxosa do mesófilo. Ademais, queren aplicar o que aprenderon á creación de tecidos vexetais artificiais.
"Se podemos entender como plantas Son tan eficientes na fotosíntese e poden comprender a autoensamblaxe do mesófilo das follas, quizais poidamos crear materiais fotosintéticos similares no laboratorio.