Biljke se sastoje od veoma čvrstih ćelija. Slično kao cigle u zidu, ova karakteristika im daje strukturnu podršku da zadrže svoj oblik i da stoje uspravno protiv gravitacije. Međutim, kao i svaki živi organizam, biljke mogu biti povređene, na primer, vetrom ili ispašom životinja. Dok ljudi i životinje imaju ćelije koje se kreću sa krvlju da bi otkrile i zalečile rane, biljke moraju da evoluiraju sasvim drugačiji mehanizam zbog svoje krutosti i nepokretnosti.
Saradnička studija Lukasa Hoermaiera, grupa Friml, Benkova i Heisenberg na Institutu za nauku i tehnologiju Austrije (ISTA) i kolegama sada pruža nove uvide u to kako oni to upravljaju.
Naučnici su laserskim snopom povredili krešu taliju (Arabidopsis thaliana) i mikroskopski analizirali kasniji proces zarastanja rana. Rezultati, objavljeni u časopisu Developmental Cell, nude precizan prikaz onoga što se dešava: nakon povrede, tkivo se odmah remodelira i pokreće ćelije da se podele kako bi zatvorile ranu.
Lukas Hoermaier je oduvek bio zainteresovan za prirodu. Odrastajući na selu, provodio je dosta vremena na otvorenom u njivama ili vinogradima. Ali njegova naučna radoznalost za biljke razvila se kasnije, kada je stažirao u ISTA. „Od tada je to ostalo sa mnom“, kaže Hoermajer.
Dok je radio na svom doktoratu. u grupi Jiržija Frimla, istraživao je zarastanje rana u biljkama, polje istraživanja koje postoji više od jednog veka. Premotajte nekoliko godina unapred i Hoermaier i njegove kolege su možda provalili kod.
Unutar korena, biljne ćelije su pod visokim pritiskom. Kada je tkivo oštećeno, ćelije umiru. Oni pucaju i oslobađaju pritisak, stvarajući prazninu koja se mora popuniti što je brže moguće. Susedne ćelije deluju kao prvi reagujući, protežući se u taj jaz.
„To je kao da imate dva balona koja su zalepljena i stisnuta zajedno. Ako jedan pukne, drugi se odmah rasteže i deformiše prema puknutom kako bi izbalansirao pritisak“, objašnjava Hoermajer. Ćelije se izdužuju i počinju da se dele, stvarajući nove ćelije koje na kraju zatvaraju ranu. Dok se ćelije u korenu obično dele samo nadole, sa gravitacijom, u ovom scenariju, one mogu to da urade u više pravaca. Kako to?
Mehaničke sile u srcu toga
Hoermaier i kolege su inhibirali određene molekule za koje se smatralo da utiču na ovaj poseban proces podele, ali nisu primetili nikakvu promenu u zarastanju rana.
„Na naše iznenađenje, proces je i dalje funkcionisao, bez obzira na to šta smo uradili“, kaže Hoermaier. Stoga su pomerili fokus projekta na mehaničke aspekte. Da bi vizuelizovali ovu mehaniku, naučnici su koristili posebno dizajniran mikroskop opremljen laserom. Laserski zrak je povredio biljno tkivo, a mikroskop je zabeležio šta se dalje dogodilo.
Nakon analize video materijala, istraživači su otkrili da mikrotubule — dinamičke proteinske strukture u ćeliji koje pomažu da se genetski materijal odvoji tokom deobe — reaguju na mehaničke promene. Kada se ćelije rastežu, mikrotubule se repozicioniraju i uspostavljaju orijentaciju ćelijske deobe, što je pokreće.
„Naši rezultati sugerišu da čiste mehaničke sile koje nastaju rastezanjem ćelija pokreću deobu ćelija u zarastanju rana“, kaže Hoermajer.
Slično drugim nedavnim ISTA publikacijama, ova nova studija pokazuje da se razvoj i regeneracija tkiva mogu razumeti kroz principe mehanike. Takođe naglašava izuzetnu efikasnost biljaka u lečenju povreda — moć koju moraju da poseduju jer su stalno izložene silama prirode. To postaje još važnije s obzirom na tekuće klimatske promene.
Nakon ekoloških izazova, razumevanje načina na koji biljke leče i regenerišu rane predstavlja veliko obećanje za unapređenje poljoprivrede.
„Poljoprivrednici mogu uzeti u obzir ove detalje kada prelaze na otpornije useve i robusnije biljke za teške uslove kao što su izuzetno slana ili peskovita tla“, objašnjava Hoermaier. Optimizacija i promovisanje prirodnog procesa regeneracije takođe pomaže da se poljoprivreda učini održivijom, jer bi udaljavanje od hemikalija moglo da smanji uticaj poljoprivrede na životnu sredinu.
