Aleksandra Rypień e Dorota Kwiatkowska examine folhas coloridas de papel, chamadas assustador brácteas, que envolvem o inflorescência de Golden Everlasting, o assunto de sua recente Annals of Botany papel Gradiente de traços estruturais impulsiona movimentos higroscópicos de brácteas escamosas ao redor Helichrysum bracteatum capitulum são adaptados para se mover quando a umidade do ambiente muda. Embora todas as suas células estejam mortas, elas permanecem prontas para se curvar em direção ao centro da inflorescência para esconder florzinhas ou para fora para expô-las.

As plantas, apesar da falta de músculos, desenvolveram uma ampla gama de mecanismos para gerar movimento. Os movimentos dos órgãos das plantas variam em velocidade: desde movimentos de crescimento muito lentos de brotos até quebra de folhas de plantas carnívoras ou rápida dispersão explosiva de sementes. Os biólogos investigaram como os órgãos das plantas se movem na ausência de músculos desde o trabalho pioneiro de Charles Darwin. Os resultados dessas investigações são cruciais para entender a propagação das plantas ou a reação às mudanças nas condições ambientais. Além disso, adaptamos vários mecanismos de movimento “inventados” pelas plantas para construir construções modernas que são, por exemplo, capazes de reagir mudando sua forma em resposta à mudança de umidade ou temperatura.

Mecanismos de alguns movimentos parecem incríveis. Este é o caso para higroscópico movimentos, onde os órgãos perpetuam movimentos higroscópicos reversíveis muito depois de sua separação da planta-mãe ou após a morte da planta. Seu mecanismo é baseado na deformação das paredes celulares devido a mudanças no teor de água, principalmente em resposta a mudanças na umidade do ambiente circundante. Como o tamanho, a estrutura ou a composição das paredes celulares em diferentes porções de órgãos não são iguais, seu umedecimento ou ressecamento gera compressão em algumas porções de órgãos e tensão em outras, o que acaba levando ao movimento. Em seu curso, o órgão é frequentemente dobrado, torcido, girado ou enrolado.

Nem todo o órgão está envolvido no fornecimento de força que impulsiona o movimento, mas apenas sua parte chamada de atuador, que é construído de uma parte ativa e de resistência. Tal construção se assemelha a um atuador termicamente tira bimetálica que se curva em resposta às mudanças de temperatura, apenas o atuador da planta responde à água em vez da temperatura. A parte ativa é capaz de contrair ao secar ou inchar durante a umidificação, enquanto a parte de resistência estabiliza as forças em desenvolvimento. Os movimentos higroscópicos contribuem para a proteção de flores, polinização, abertura de frutas ou cones ou dispersão de sementes em várias espécies de plantas.

Nossa pesquisa teve como objetivo explicar o mecanismo dos movimentos higroscópicos realizados pelas brácteas coloridas da flor-de-palha (também chamada Dourado Eterno). Seu nome botânico é Xerochrysum bracteatum, chamado anteriormente Helichrysum bracteatum, um membro da família do girassol (Asteraceae) nativa da Austrália, mas frequentemente cultivada em todo o mundo para buquês secos. A característica morfológica mais comum da família dos girassóis é a agregação de numerosas flores em um capítulo rodeadas por brácteas. As brácteas da flor-de-palha são escariosas (constituídas de células mortas), grandes e coloridas. Muitas vezes são confundidas com pétalas, mas na verdade são folhas modificadas que envolvem e protegem toda a inflorescência. Mantêm seu valor estético sem murchar ou descolorir por muitos anos, mesmo após o corte e secagem do ramo da inflorescência. As brácteas da flor-de-palha sofrem profundas deformações reversíveis em resposta às mudanças de umidade: curvam-se para fora a partir do centro do capítulo em estado seco, expondo as flores ou os frutículos, ou para dentro, protegendo-os quando o ambiente está muito úmido (o capítulo no vídeo acima foi simplesmente colocado na superfície da água). Para nossa sorte e para nossa pesquisa, uma bráctea destacada do capítulo realiza exatamente os mesmos movimentos.

Seguindo cuidadosamente os movimentos da bráctea e medindo sua deformação em várias porções, identificamos primeiro o atuador da bráctea. Esta é uma dobradiça localizada perto da base da bráctea, na qual a bráctea se dobra. Essa flexão leva ao deslocamento passivo da porção restante da bráctea, cujo formato se assemelha a uma lâmina (no vídeo 3 a pinça segurava a base da bráctea enquanto a lâmina se movia). A lâmina é a parte da bráctea que cobre ou descobre florzinhas. Medindo a deformação da superfície das brácteas devido a mudanças de umidade, mostramos que a curvatura das brácteas na dobradiça resulta de uma profunda diferença na extensão das paredes celulares nas superfícies opostas das brácteas: a superfície externa se estende fortemente ao molhar ou encolhe fortemente ao secar, enquanto o o centro da inflorescência voltado para a superfície está mudando apenas ligeiramente. A lâmina também é deformada por molhar ou secar, mas a deformação é menor e muito semelhante em ambas as superfícies e, portanto, suas alterações de forma são pequenas.

Em seguida, tentamos explicar essa grande diferença na deformação da parede celular que ocorre em superfícies de articulação opostas em resposta a mudanças de umidade. Sabe-se de órgãos que realizam movimentos higroscópicos em outras plantas que a extensa deformação da parede celular no tecido ativo ocorre devido ao inchaço ou encolhimento de uma matriz da parede celular, que preenche o espaço entre o reforço fibrilas de celulose. A extensão ou encolhimento da parede celular ocorre na direção ortogonal à das fibrilas. O tecido de resistência geralmente possui fibrilas de celulose em uma orientação muito diferente do tecido ativo (geralmente quase perpendicular a ele se o órgão estiver dobrado). Suas paredes celulares geralmente não sofrem deformações tão dramáticas quando a umidade muda e, se elas estão se estendendo ou encolhendo, isso acontece em uma direção diferente do tecido ativo. Tendo isso em mente, examinamos a estrutura da dobradiça da bráctea da flor-de-palha. Demos atenção especial ao arranjo das fibrilas de celulose, e também à composição das paredes celulares, tentando encontrar um componente especial da matriz de intumescimento que ocorresse principalmente em tecidos fortemente deformantes.

Primeiro, identificamos traços específicos da morfologia da célula dobradiça. No lado fortemente deformante, existem duas ou três camadas de células alongadas de paredes espessas (semelhantes a esclerênquima de pinhas). As células em camadas mais profundas também são alongadas, mas suas paredes são mais finas, enquanto as células epidérmicas alongadas na superfície oposta da bráctea têm apenas paredes externas espessadas. Com relação à estrutura da parede, algumas tendências são aparentes se passarmos da superfície fortemente deformante para o lado oposto da bráctea: a fração de tecido ocupada por paredes celulares e a espessura da parede celular estão diminuindo, enquanto a compacidade das células e paredes celulares está aumentando. Ao mesmo tempo, a orientação das fibrilas de celulose muda de perpendicular ao longo eixo da célula para quase paralela (figura 1). A composição da parede celular é menos heterogênea. Não fomos capazes de identificar nenhum componente de inchaço específico para tecido fortemente deformante, embora tenhamos empregado vários métodos clássicos de coloração, bem como métodos mais avançados, como imunomarcação e espectroscopia Raman. Isso, no entanto, também é o caso de outros órgãos móveis, como escamas de pinhas. O que é especial para a dobradiça da bráctea, e também para as pinhas, é a presença de lignina nas paredes das células da dobradiça (aliás, a lignina está quase ausente das paredes das células da lâmina). Embora esse componente da parede seja abundante na madeira e considerado responsável pela rigidez da parede e pela diminuição da permeabilidade, nas brácteas de palha é específico da dobradiça, que é a porção mais responsiva à água.

Nesta fase da pesquisa tínhamos certeza de que havíamos identificado tecidos ativos e de resistência da dobradiça das brácteas da flor-de-palha, como células de paredes espessas semelhantes a esclerênquima de um lado e epiderme do lado oposto, respectivamente. No entanto, para confirmar essa interpretação, realizamos experimentos de dissecação, removendo alguns tecidos da dobradiça. Para nossa surpresa, as brácteas dissecadas não perderam a capacidade de se mover. As brácteas das quais todas as células de paredes espessas foram removidas foram capazes de realizar movimentos, assim como aquelas desprovidas de epiderme oposta. Assim, mostramos que a presença de parte dos tecidos da dobradiça é suficiente para os movimentos da dobradiça, de modo que os tecidos ativos e resistentes não são definidos de forma inequívoca. Aparentemente, a dobradiça da bráctea da flor de palha é uma estrutura que compreende tecidos que mudam gradualmente, de altamente resistentes a altamente ativos, em vez de uma estrutura de duas camadas com partes ativas e de resistência distintas mencionadas acima, frequentemente atribuídas a órgãos que se movem higroscopicamente. Essa construção de dobradiça torna a braçadeira capaz de realizar suas tarefas de proteção mesmo após o dano mecânico.

Aleksandra Rypień concluiu seu doutorado em Departamento de Biofísica e Morfogênese de Plantas at Universidade da Silésia em Katowice. Ela trabalha no Laboratório de Técnicas Microscópicas da mesma universidade, e seu interesse de pesquisa é a parede celular vegetal e seu papel nos movimentos dos órgãos vegetais. Você pode siga ela no facebook.

Dorota Kwiatkowska é professor e líder do Departamento de Biofísica e Morfogênese de Plantas da Universidade da Silésia em Katowice. Seus interesses de pesquisa são crescimento e função de brotos de plantas sob a perspectiva biomecânica.