Inre krafter samarbetar med gener
Det är inte bara generna som styr hur en växt gör för att bli längre. Växten utnyttjar även inre, fysikaliska krafter för att få rätt form. Det visar en ny undersökning där Lundafysiker har studerat växter med hjälp av matematiska modeller. En av modellerna används normalt sett av ingenjörer som beräknar hållfasthet hos exempelvis broar.
Den aktuella studien presenteras i senaste numret av Science, dessutom på omslaget av den ansedda tidskriften. Tre Lundaforskare har tillsammans med kollegor från Frankrike och USA studerat hur växter lyckas växa på rätt håll. Till sin hjälp har forskarna haft backtrav, en vanligt förekommande växt med små, vita blommor; dessutom ofta utnyttjad i forskningssammanhang.
Det är sedan tidigare känt att cellerna tar in extra vatten i de delar av växten som ska växa, exempelvis i ett skott. Det extra vattnet skapar ett övertryck inne i cellerna. Övertrycket skapar i sin tur en fysikalisk kraft som pressar på cellväggarna inifrån och får cellerna att tänjas ut och växa. Men frågan är hur cellerna vet att de ska växa på längden och inte på bredden.
I den aktuella studien redogör forskarna för sin slutsats att krafterna inte bara hjälper cellerna att växa utan att krafternas riktningar även styr cellerna att växa på rätt håll, det vill säga på längden.
I cellerna finns nämligen ett slags rörformiga strukturer, så kallade mikrotubuli, som utgör cellens inre skelett. Dessa rörformiga strukturer bidrar till cellväggarnas stadga genom att organisera mikrofibrer i väggarna. De fysikaliska krafter som uppstår av vattentrycket gör att mikrofibrerna lägger sig horisontellt i sidoväggarna, vilket får sidoväggarna att stå emot trycket från krafterna. Detta medför att cellerna växer på längden istället för på bredden.
– Problemet är att man inte kan mäta de här krafterna i cellerna. Därför har vi arbetat med matematiska modeller, säger Henrik Jönsson, forskare i beräkningsbiologi och biologisk fysik vid Institutionen för teoretisk fysik, Lunds universitet.
Forskningsstudien har kopplat ihop biologi och matematik på ett nydanande sätt. Genom att betrakta växterna från ett matematiskt håll har fysikforskarna hjälpt biologerna att försöka beräkna krafterna inne i cellerna. Bland annat har de utnyttjat en modell som annars används när ingenjörer exempelvis beräknar hållfastheten hos broar.
Växters utveckling är en komplicerad process. Hittills har forskarvärlden främst studerat förloppet genom att titta på växtens gener och hormoner, vilka också är inblandade i processen. Henrik Jönsson menar dock att man framöver även måste beakta samspelet med de fysikaliska krafterna i större utsträckning.
– Växten använder krafterna för att få rätt form, säger han.
Forskningsstudien publiceras i senaste numret av Science, den 12 december 2008.
Bildtext:
Modell av växtceller i ett skott. Forskarna använder modeller för att undersöka krafterna i cellväggarna.
Kontaktinformation
För mer information kontakta Henrik Jönsson, tel 0707-235 175 eller henrik@thep.lu.se
