Как растения заживляют раны: Механические силы направляют деление клеток
Растения состоят из очень жёстких клеток, что обеспечивает им структурную поддержку. Однако они могут быть повреждены, например, ветром или животными. В отличие от животных, растениям из-за их жёсткости и неподвижности нужен иной механизм заживления.
Новое исследование групп Фримла, Бенковой, Гейзенберга и их коллег из Института науки и технологий Австрии (ISTA) под руководством Лукаса Хёрмайера проливает свет на этот процесс. Учёные повреждали корни резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana) лазерным лучом и анализировали последующее заживление с помощью микроскопии. Результаты опубликованы в журнале Developmental Cell.
Процесс заживления
Клетки внутри корня находятся под высоким давлением. При повреждении ткани клетки лопаются, давление высвобождается, образуется пустота. Соседние клетки-«первопроходцы» немедленно растягиваются, чтобы заполнить этот промежуток.
«Это похоже на два склеенных и сжатых воздушных шара. Если один лопается, второй мгновенно растягивается и деформируется в сторону лопнувшего, чтобы уравновесить давление», — объясняет Хёрмайер.
Клетки удлиняются и начинают делиться, производя новые клетки, которые в итоге закрывают рану. Обычно клетки в корне делятся только вниз, по направлению силы тяжести, но в этом сценарии они способны делать это в нескольких направлениях.
Роль механических сил
Изначально учёные пытались ингибировать определённые молекулы, которые, как предполагалось, влияют на этот процесс деления, но не наблюдали изменений в заживлении.
«К нашему удивлению, процесс всё равно работал, независимо от наших действий», — говорит Хёрмайер.
Это сместило фокус исследования на механические аспекты. Используя специально сконструированный микроскоп с лазером, исследователи обнаружили, что микротрубочки — динамические белковые структуры в клетке, помогающие разделять генетический материал при делении, — реагируют на механические изменения.
Когда клетки растягиваются, микротрубочки меняют своё положение и устанавливают ориентацию деления клетки, тем самым запуская его.
«Наши результаты показывают, что именно механические силы от растяжения клеток управляют клеточным делением при заживлении ран», — заключает Хёрмайер.
Значение для сельского хозяйства
Исследование демонстрирует, что развитие и регенерацию тканей можно понять через принципы механики. Оно также подчёркивает замечательную эффективность растений в заживлении — способность, жизненно важную для выживания в природных условиях.
Понимание этих механизмов имеет большое значение для сельского хозяйства, особенно в условиях изменения климата.
«Фермеры могут учитывать эти детали при переходе на более устойчивые культуры и выносливые растения для суровых условий, таких как засоленные или песчаные почвы», — поясняет Хёрмайер.
Оптимизация естественного процесса регенерации может помочь сделать сельское хозяйство более устойчивым, так как отказ от химических средств снизит его воздействие на окружающую среду.