Nennen Sie sie Pflanzenmotoren. Oder Pflanzenmuskeln. Winzige Ausbuchtungen spezialisierter Zellen in einer Mimosenpflanze können ihre federleichten Blättchen in Sekundenschnelle zusammenfalten, sich dann entspannen – und es erneut tun.
Ein neuer Blick auf diese Ausbuchtungen auf der Mimose Pudica Pflanze hat mehr Details darüber enthüllt, wie ein Blatt seine ungewöhnlich schnelle Faltung bewerkstelligt, sagt der Biomechaniker David Sleboda von der University of California, Irvine. „Ich denke, dass diese speziellen Organe wirklich cool sind, weil ihre Bewegung umkehrbar ist“, sagt er. „[W]Wenn Menschen umkehrbare Pflanzenbewegungen sehen, fühlt es sich viel ähnlicher an wie Tierbewegungen.“
.email-conversion { Rahmen: 1px solide #ffcccb; Farbe weiß; Rand oben: 50px; Hintergrundbild: url(„/wp-content/themes/sciencenews/client/src/images/cta-module@2x.jpg“); Polsterung: 20px; Lösche beide; }
Science News-Schlagzeilen in Ihrem Posteingang
Schlagzeilen und Zusammenfassungen der neuesten Science News-Artikel, die jeden Donnerstag an Ihren E-Mail-Posteingang gesendet werden.
Kundenschlüssel* E-Mail-Adresse* Registrieren
Danke fürs Anmelden!
Bei der Anmeldung ist ein Problem aufgetreten.
Wissenschaftler haben bereits die grundlegende Chemie ausgearbeitet, die einen kleinen Mimosenmotor oder Pulvinus antreibt, schreiben er und seine Kollegen in einem Papier, das für den 6. Februar geplant ist Aktuelle Biologie. Wenn ein Hirschhuf oder etwas anderes Unheimliches gegen ein Blatt stößt, verschieben sich Kalium und einige andere Ionen von einem Teil eines Pulvinus zu einem anderen. Wasser folgt dem Rauschen der Ionen. Zellen, die Wasser verlieren, entleeren sich und sacken ab, während die auf der anderen Seite aufblähen. Verzerrungen in mehreren Pulvini lassen die Hälften eines federleichten Blattes aufeinander zufalten, wie eine unsichtbare Hand, die sanft ein Buch schließt.
Anstatt Chemie zu studieren, betrachteten Sleboda und Kollegen mikroskopische Strukturdetails in Pulvinuszellen, die dazu beitragen, solche nützlichen Verzerrungen zu erzeugen, berichtete er am 7. Januar auf der Jahrestagung der Society for Integrative and Comparative Biology in Austin, Texas. Ein Merkmal, das pflanzliche Muskelzellen effizienter aufblähen lässt, ist die Verstärkung mit mikroskopisch kleinen Fibrillen. Sie wirken wie Korsetts und verhindern, dass sich die Zellen in alle Richtungen ausbeulen. Stattdessen leitet das Korsett einen Großteil der Schwellung entlang der Achse, die die Blatthälften zusammenfalten wird.
Außerdem haben Pulvinus-Zellen, die sich schnell ausbeulen müssen, etwas, das wie Falten aus leicht dehnbarem Gewebe für eindringendes Wasser aussieht, sowie spezielle hochporöse Zonen, sogenannte Pit-Felder. Die Gruben sehen aus, als ob Wasser im Kitzel-Notfall leicht durchschleusen könnte. Die Zellanordnung selbst scheint auf das Erweitern und Schrumpfen spezialisiert zu sein. Ein Pulvinus-Querschnitt zeigt ein Muster „wie der Balg einer Ziehharmonika“, sagte Sleboda.
Verfilzte Fasern, sogenannte Fibrillen (vergrößert) an einigen Seiten einer Zelle im winzigen muskelähnlichen Pulvinus einer Mimosenpflanze, können die Zelle nützlicher machen. Wenn sich die Chemie der Muskelzellen ändert, sodass Wasser in eine Zelle eindringt, reduzieren die Fasern die Schwellung in nutzlose Richtungen. Stattdessen bläht sich die Zelle dramatischer in Richtungen auf, die wahrscheinlich nützliche Bewegungen wie das Falten unterstützen.DA Sleboda et al/Aktuelle Biologie 2023
Wenn man einige der muskelähnlichen Pulvinus-Zellen für einen Blick öffnet, als würde man in eine leere Wabe schauen, wird ein weiteres Merkmal sichtbar, das die Wasserbewegung unterstützt. Einige der Innenflächen haben besonders poröse Stellen, die wie geisterhafte graue Tupfen aussehen. Sie werden Grubenfelder genannt und beschleunigen den Wasserschwall durch die Zellwand, wenn die Zelle ihre Form ändert, um ihren Anteil an einer Ladung zu bewegen.DA Sleboda et al/Aktuelle Biologie 2023Die weitverbreitete M. pudica, oder sensible Pflanze, ist einer der bekannteren Blattbeuger. Aber auch Gruppen anderer Pflanzen derselben Familie, die Hülsenfrüchte, bewegen ihre Blätter, sagt die Botanikerin Thainara Policarpo Mendes von der Universidade Estadual Paulista in Botucatu, Brasilien. Einige Verwandte schließen schnell wie M. pudica, aber viele sind langsamer. Sie denkt aber auch darüber nach, warum sie überhaupt in der Nähe bleibt. Die Leute haben eine Reihe von Vorteilen vorgeschlagen: Tiere davon abhalten, auf einer Pflanze zu grasen, die plötzlich stockartiger aussieht, oder sogar einer Pflanze zu helfen, in sehr kalten Nächten weniger Wärme zu verlieren.
Auch Sleboda kann vorgeschlagene Hypothesen abspulen, bleibt aber allen gegenüber skeptisch. „Es gibt nicht viel Forschung“, sagt er. Das ist ihm aber recht. „Was mir an der Blattschließung empfindlicher Pflanzen am besten gefällt“, sagt er, „ist, dass wir nicht wissen, warum sie das tun.“
Quellen
DA Sleboda. Multiskalige funktionelle Morphologie eines Pflanzenmotors. Jahrestagung der Gesellschaft für Integrative und Vergleichende Biologie. Austin, Texas. 7. Januar 2023.
DA Sleboda et al. Strukturelle Anisotropie auf mehreren Skalen steuert die Betätigung von Pflanzenorganen. Aktuelle Biologie. Vol. 33, 6. Februar 2023. doi: 10.1016/j.cub.2022.12.013
Autoren: Susan Milius von Sciencenews
