การเคลื่อนไหวของพืชทำให้นักวิจัยหลายคนหลงใหลมานานแล้ว พืชตระกูลถั่วเป็นกลุ่มพืชที่มีชื่อเสียงในด้านการแสดงการเคลื่อนไหวของใบไม้ต่างๆ รวมถึง "การเคลื่อนไหวแบบนิวคทิแนสติก" ซึ่งใบไม้จะเปิดในตอนกลางวันและหุบในตอนกลางคืน การเคลื่อนไหวของพืชที่คล้ายคลึงกัน ได้แก่ การเคลื่อนไหวที่เกิดจากแสงสีน้ำเงินและการเคลื่อนไหวที่ไวต่อการสัมผัส เช่น ในพืชที่ไวต่อแสง เช่น ไมยราบ
การเคลื่อนที่ในโครงสร้างใบเกิดจากการทำซ้ำและย้อนกลับ นามสกุล และการหดตัวของ เครื่องยนต์ เซลล์ซึ่งเป็นเซลล์ในโครงสร้างที่เรียกว่าพัลวินัสที่ฐานของกาบใบและก้านใบ การขยายและการหดตัวของเซลล์ที่เกิดขึ้นซ้ำๆ และย้อนกลับได้นั้นพบได้น้อยมากในเซลล์พืชซึ่งล้อมรอบด้วยส่วนที่แข็ง ผนังเซลล์. นอกจากนี้ยังไม่เป็นที่เข้าใจดีว่าเซลล์มอเตอร์มีความสามารถในการขยายและหดตัวซ้ำและย้อนกลับได้อย่างไร
ผนังเซลล์ของพืชประกอบด้วยเซลลูโลสไมโครไฟบริลจำนวนหนึ่งที่หดตัวหรือขยายตัวเพื่อตอบสนองต่อความแตกต่างของความเข้มข้นออสโมติกระหว่างภายในและภายนอกเซลล์ อย่างไรก็ตาม ปริมาณของการเปลี่ยนแปลงที่สามารถเหนี่ยวนำโดยแอนไอโซโทรปีในการจัดเรียงตัวของเซลลูโลสไมโครไฟบริลไม่สามารถอธิบายช่วงทั้งหมดของ การเคลื่อนไหว ของพัลวินัส
ทีมวิจัยที่นำโดย Miyuki Nakata และ Taku Demura จาก Nara Institute of Science and Technology (NAIST) ได้ตรวจสอบภาพตัดขวางของเซลล์มอเตอร์พัลวินาร์จาก Desmodium paniculatum โดยใช้กล้องจุลทรรศน์เลเซอร์คอนโฟคอลเพื่อตรวจสอบกลไกการขยายและการหดตัวของเซลล์ที่เกิดซ้ำและย้อนกลับได้ พวกเขาระบุ "ร่อง" เส้นรอบวงที่ไม่ซ้ำกันในผนังเซลล์ของเซลล์มอเตอร์ที่มีเซลลูโลสน้อย โครงสร้างดังกล่าวได้รับการอนุรักษ์ในพืชตระกูลถั่วสองตระกูล ได้แก่ ถั่วเหลือง คุดสุ และพืชอ่อนไหว
เมื่อย้ายชิ้นเนื้อเยื่อจากเซลล์มอเตอร์คอร์เทกซ์พืชตระกูลถั่วไปยังสารละลายที่มีออสโมลาริตีต่างกัน ร่องพัลวินาร์จะมีความกว้างเพิ่มขึ้น ซึ่งบ่งชี้กลไกที่ ผนังเซลล์ของพืช สามารถยืดหยุ่นเพื่อตอบสนองต่อสารละลายที่มีออสโมลาริตีต่างกัน
ด้วยการวิเคราะห์ผนังเซลล์อย่างละเอียด การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์และการสังเกตรอยกรีดของเยื่อในเซลล์ที่อยู่ระหว่างการขยายและหดตัว รอยกรีดของเยื่อมีลักษณะเป็นโครงสร้างที่ยืดหยุ่นทางกลไกซึ่งเปิดและปิดระหว่างการขยายและหดตัวของเซลล์
“การสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ชี้ให้เห็นว่ารอยแยกของพัลวินาร์เอื้อต่อการขยายตัวแบบแอนไอโซโทรปิกในทิศทางที่ตั้งฉากกับรอยแยกเมื่อมีแรงดัน turgor” มิยูกิ นากาตะกล่าว นักวิจัยได้เปรียบเทียบการกระทำกับการตัดตรงหรือรอยกรีดที่ใช้ใน kirigami ซึ่งเป็นงานกระดาษของญี่ปุ่น เพื่อเพิ่มความสามารถในการขยายของแผ่นกระดาษ
ดังนั้น ทีมวิจัยจึงเสนอว่าร่องพัลวินาร์ที่มีลักษณะเฉพาะเหล่านี้เป็นโครงสร้างที่ทำหน้าที่ช่วยให้เซลล์มอเตอร์เยื่อหุ้มสมองเคลื่อนไหวได้มากกว่าที่เซลล์เซลลูโลสไมโครไฟบริลทั่วไปจะอนุญาตในผนังเซลล์
“เราตั้งสมมติฐานว่ารอยกรีดของเยื่อพัลวินาร์มีบทบาทในการเคลื่อนตัวของใบไม้แบบไดนามิกผ่านการเปลี่ยนรูปซ้ำๆ และพลิกกลับได้ของเซลล์มอเตอร์คอร์ติคัลร่วมกับปัจจัยอื่นๆ รวมถึงการเรียงตัวของเซลลูโลส องค์ประกอบที่อุดมด้วยเพคตินของผนังเซลล์ รูปทรงเรขาคณิตของเซลล์มอเตอร์คอร์ติคัล และ เดอะ แอคติโนไซโตสเกเลตอนมิยูกิ นากาตะ กล่าว
การศึกษาได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร สรีรวิทยาของพืช.