Pergerakan tumbuhan telah lama memesona banyak peneliti. Kacang-kacangan adalah kelompok tanaman yang terkenal karena menunjukkan berbagai gerakan daun, termasuk "gerakan nyctinastic", di mana daun membuka di siang hari dan menutup di malam hari. Pergerakan tanaman serupa termasuk gerakan yang diinduksi oleh cahaya biru dan sensitif terhadap sentuhan, seperti pada tanaman sensitif seperti Mimosa pudica.
Pergerakan pada struktur daun disebabkan oleh gerakan yang berulang dan reversibel perpanjangan dan kontraksi dari motor sel, yang merupakan sel-sel dalam struktur yang disebut pulvinus di dasar selebaran dan tangkai daun. Perpanjangan dan kontraksi sel yang berulang dan reversibel seperti itu sangat jarang terjadi pada sel tumbuhan, yang dikelilingi oleh sel yang kaku dinding sel. Selain itu, tidak dipahami dengan baik bagaimana sel motor mampu melakukan ekstensi dan kontraksi berulang dan reversibel.
Dinding sel tumbuhan terdiri dari sejumlah mikrofibril selulosa yang menyusut atau mengembang sebagai respons terhadap perbedaan konsentrasi osmotik antara bagian dalam dan luar sel. Namun, jumlah perubahan yang dapat diinduksi oleh anisotropi dalam susunan mikrofibril selulosa tidak dapat menjelaskan rentang penuh dari gerakan dari pulvinus.
Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Miyuki Nakata dan Taku Demura di Institut Sains dan Teknologi Nara (NAIST) memeriksa penampang sel motor pulvinar dari Desmodium paniculatum menggunakan mikroskop laser confocal untuk menyelidiki mekanisme ekstensi dan kontraksi sel yang berulang dan reversibel. Mereka mengidentifikasi "celah" melingkar unik di dinding sel sel motor yang mengandung lebih sedikit selulosa. Struktur tersebut dilestarikan di dua subfamili legum, termasuk kedelai, kudzu, dan tanaman sensitif.
Setelah mentransfer irisan jaringan dari sel motorik kortikal legum ke larutan osmolaritas yang berbeda, celah pulvinar bertambah lebar, menunjukkan mekanisme yang digunakan dinding sel tanaman bisa melenturkan dalam menanggapi solusi osmolaritas yang berbeda.
Melalui kombinasi analisis dinding sel yang terperinci, simulasi komputer, dan pengamatan celah pulvinar dalam sel yang mengalami ekstensi dan kontraksi, celah pulvinar ditentukan sebagai struktur yang fleksibel secara mekanis yang membuka dan menutup selama ekstensi dan kontraksi sel.
“Pemodelan komputer menunjukkan bahwa celah pulvinar memfasilitasi ekstensi anisotropik ke arah tegak lurus celah dengan adanya tekanan turgor,” kata Miyuki Nakata. Para peneliti membandingkan tindakan tersebut dengan potongan lurus atau celah yang digunakan dalam kirigami, kerajinan kertas Jepang, untuk meningkatkan kelenturan lembaran kertas.
Dengan demikian, tim peneliti mengusulkan bahwa celah pulvinar yang unik ini adalah struktur yang bertindak untuk memungkinkan lebih banyak pergerakan sel motor kortikal daripada yang diizinkan oleh mikrofibril selulosa khas di dinding sel.
“Kami memberikan hipotesis bahwa celah pulvinar memiliki peran dalam pergerakan daun yang dinamis melalui deformasi berulang dan reversibel dari sel motor kortikal bersamaan dengan faktor lain termasuk orientasi selulosa, komposisi dinding sel yang kaya pektin, geometri sel motor kortikal, dan itu sitoskeleton aktin,” kata Miyuki Nakata.
Penelitian ini dipublikasikan di jurnal tersebut Fisiologi Tumbuhan.