НОВОСТИ    БИБЛИОТЕКА    КАРТА САЙТА    ССЫЛКИ    О САЙТЕ

14.09.2012

В чём секрет механической универсальности растительной клетки

Учёные пытаются ответить на вопрос, как растениям удаётся из одних и тех же строительных материалов создавать структуры прочные и непрочные, жёсткие и мягкие.

Прошитые целлюлозой стенки клеток растительной паренхимы (фото Dennis Kunkel Microscopy, Inc.)
Прошитые целлюлозой стенки клеток растительной паренхимы (фото Dennis Kunkel Microscopy, Inc.)

Механические свойства растений до сих пор служат инженерам примером для подражания. Если взять, например, яблоко и сравнить его по прочности и жёсткости с древесиной кокосовой пальмы, то пальма окажется в 100 тыс. раз более жёсткой и тысячекратно более прочной. Но не следует думать, что есть только эти крайности: диапазон между ними заполнен множеством видов растений с варьирующимися механическими характеристиками их тканей. И везде в основе лежит растительная клетка, то есть растениям удаётся достичь такого разнообразия механических характеристик, применяя одни и те же строительные элементы.

Как это у них получается, попробовала выяснить Лорна Гибсон, исследователь из Массачусетского технологического института (США). В статье, опубликованной в Journal of the Royal Society Interface, она сравнивает данные, полученные ею самой и из экспериментов других научных групп. Рассматриваются три растительных «стройматериала»: обычная древесина, паренхима, из которой состоит большая часть корнеплодов и фруктов, и ткани, составляющие ствол древовидных пальм вроде кокосовой. В результате г-жа Гибсон приходит к выводу, что весь диапазон механических характеристик зависит от нескольких параметров, определяющих микроструктуру растительных тканей: ориентации клеточных стенок, числа слоёв в них, направления целлюлозных нитей в стенках и того, как много места клеточные стенки занимают в тканях.

В обычных деревьях, таких как дуб или клён, клетки прирастают слоями камбия, образуя годовые кольца. Клеточные стенки в древесине сложены из нескольких слоёв, и самый внешний образован волокнами целлюлозы, не имеющими чётко выраженной ориентации. Затем идут ещё три слоя волокон, которые складываются в спирали и определённым образом сорганизованы с лигнином. В итоге клеточная стенка занимает бoльшую часть клеточного пространства. Кроме того, клетки в древесине организованы, как ячеистые соты, что добавляет дереву жёсткости и прочности.

Клеточные стенки во фруктах и овощах, напротив, чрезвычайно тонкие и состоят лишь из одного слоя целлюлозных волокон. Эти волокна, ориентированные в паренхимных клетках произвольно, служат опорой для матрикса, состоящего из относительно мягких гемицеллюлозы и пектина; лигнина же в таком матриксе нет. Клетки плотно упакованы, но из-за отсутствия лигнина и единой ориентации целлюлозных волокон ткани фруктов и овощей значительно менее прочны по сравнению с древесиной.

Кокосовые пальмы на ветру (фото Larry Mulvehill)
Кокосовые пальмы на ветру (фото Larry Mulvehill)

По отдельному пути пошли древовидные пальмы: они достигают большой высоты, но при этом не слишком увеличивают радиус ствола. Пальмы не наращивают слои клеток, но усиливают клеточные стенки, причём делают это неравномерно: наибольшее усиление происходит с клеточными стенками у основания ствола и ближе к вершине, там, где растение испытывает наибольший механический стресс.

Выбор этих параметров — число целлюлозных слоёв в клеточных стенках, ориентация и плотность волокон и т. д. — позволил, по мнению автора работы, совместить широкий диапазон механических значений с многофункциональностью. Ведь те же самые клетки должны не только служить опорой растению, но ещё и проводить питательные вещества, обеспечивать поглощение солнечного света и рост организма в целом.

Материалы, созданные человеком, отчасти воспроизводят «растительные» находки (например, ячеисто-сотовую структуру, ориентированные волокна), однако до сих пор инженерам не удавалось получить материал, который позволял бы контролировать его свойства в том же диапазоне и с той же точностью, как это делают растения. Поэтому даже в «наноэпоху» биоинженерные исследования растений оказываются весьма актуальными.

Кирилл Стасевич



Ученые превратили самца мыши в самку, используя «мусорную» ДНК

Одноклеточные ровесники динозавров рассказали о существовавшем в центре Австралии море

Для появления новых видов млекопитающих достаточно острова площадью 10000 квадратных километров

Ученые перенесли воспоминания от одной улитки другой

Новый микроскоп показал работу клеток внутри организма в 3D

Земной микроорганизм способен питаться метеоритами

Исследована нервная система существа возрастом 518 миллионов лет

Ученые построили модель нервной системы головастика

«Альтернативная история» белков проливает свет на роль случайности в эволюции

Медузы тоже умеют спать

Можно ли повысить шансы на удачную мутацию?

Учёным впервые удалось успешно заморозить (и разморозить) зародыш рыбы

Новое древо жизни включит «симбиомов» как отдельные организмы

Предок энтерококков появился 450 миллионов лет назад

Эксперимент на улитках подтвердил классическую идею о «двойной цене самцов»

Генетики строят родословное древо архей

Одноклеточные существа изобрели гарпунные пулеметы

Раскрыт один из секретов тихоходок

Обнаружены гигантские вирусы с расширенным репертуаром генов для синтеза белка

Первые шаги земной жизни




© Злыгостев Алексей Сергеевич, 2001-2018
При копировании материалов проекта обязательно ставить активную ссылку на страницу источник:
http://biologylib.ru/ 'BiologyLib.ru: Библиотека по биологии'

Top.Mail.Ru