植物器官扭曲生長的機制

 (https://www.nature.com/articles/s41467-025-66029-8)

 從攀爬籬笆柱的牽牛花到盤旋穿過涼棚的葡萄藤，扭曲的生長方式是植物王國中常見的解決問題的手段。植物的根係也經常“扭曲”，向左或向右急轉，以避開岩石和其他雜物。

透過生物實驗與力學建模相結合，這篇論文發現：了一個基本原理根的最外層通過相同的扭轉物理機制（由施加的扭矩引起的扭轉）主導其扭轉行為，該機制解釋了為什麼空心管的強度幾乎可以與實心桿一樣強。幾何形狀至關重要。扭曲的生長方式在藤蔓的攀爬、莖稈的抗風能力以及植物防止侵蝕方面也發揮作用。

利用根係可以向左或向右傾斜的植物模型系統，著手觀察哪些植物細胞層調節這種扭曲行為。研究團隊推測，細胞扭曲的根源在於內皮層，那裡的突變導致細胞變得又短又寬，而不是細長。這種扭曲表型的出現是因為表皮層為了維持自身的結構完整性，必須「傾斜」才能與矮胖的皮質細胞相連。表皮是扭轉局面的關鍵。但它是如何做到的呢？實驗室測量了突變體和野生型根中纖維素微纖維的取向。扭曲缺陷似乎會改變纖維素的沉積，利用這些數據創建了一個電腦模型，解釋了為什麼表皮占主導地位。當細胞呈現同心層排列時，就像樹幹上的年輪一樣，外層細胞對整個結構的槓桿作用遠大於內層細胞，模型顯示：如果只有表皮細胞排列傾斜，它就能造成大約三分之一的總扭曲，而如果所有細胞層都傾斜，則扭曲程度會更大。但如果只修復表皮，整個根部就會伸直。數學結果非常明確：外層起決定性作用，現在科學家已經了解了植物是如何「扭轉」的。