Biomechanika jesiennych korzeni – co kryje się w wewnętrznej strukturze warzyw korzeniowych?

Wrzesień to czas intensywnych wykopków – z pól znikają marchewki, buraki i pietruszki. Czy zastanawialiście się kiedyś, jak to możliwe, że świeża marchew, która w ponad 90% (a w przypadku niektórych miękiszowych tkanek i świeżego miąższu nawet w 92.5%!) składa się z wody, potrafi być tak niesamowicie twarda i głośno chrupać przy każdym gryzie? Odpowiedź nie kryje się w magii, lecz w fascynującej biomechanice tkanek roślinnych.

Z punktu widzenia inżynierii materiałowej, jesienny korzeń to wysoce zaawansowany biologiczny kompozyt. Swoją chrupkość i odporność mechaniczną zawdzięcza trzem mikroskopijnym mechanizmom.
1. Komórki roślinne są jak mikroskopijne balony wypełnione cieczą pod ogromnym ciśnieniem (często znacznie przewyższającym ciśnienie w oponie samochodowej!). To właśnie turgor napiera od wewnątrz na ściany komórkowe, nadając tkance wyjątkową sztywność i jędrność.

2. Ściana komórkowa musi wytrzymać to ciśnienie bez pękania. Jest ona zbudowana z mikrofibryli celulozowych, które działają dosłownie jak pręty zbrojeniowe. Tworzą wytrzymałą, ale elastyczną siatkę, która trzyma tkankę w ryzach.

3. Pektynowa macierz w czasach suszy. To tutaj dawne, tradycyjne odmiany pokazują swoją ukrytą przewagę. Pomiędzy komórkami znajduje się blaszka środkowa, bogata w pektyny. W starych odmianach i zapomnianych ekotypach polowych ta polisacharydowa sieć była często znacznie gęstsza i silniej usieciowana. Działała jak doskonały hydrożel, który potrafił ekstremalnie mocno wiązać wodę na poziomie molekularnym. Dzięki temu, w okresach jesiennej suszy, korzenie wolniej traciły turgor – roślina „trzymała” wodę w strukturach ściany komórkowej, zachowując chrupkość i sztywność mimo braku opadów.

Naukowcy z Instytutu Agrofizyki PAN zaglądają w głąb tych struktur, analizując właściwości nanomechaniczne i skład chemiczny ścian komórkowych warzyw (wykorzystując m.in. mikroskopię sił atomowych i spektroskopię Ramana). Badanie tej bioróżnorodności i zrozumienie, jak dawne odmiany radziły sobie z deficytem wody, to klucz do wyhodowania nowoczesnych upraw, które naturalnie oprą się zmianom klimatycznym, dostarczając nam pożywienia (i cennego błonnika!) o najwyższej jakości.

Projekt realizowany w ramach Programu Fundusze Europejskie dla Polski Wschodniej 2021–2027
Wartość projektu: 2 791 092.36 PLN
Wkład z Funduszy Europejskich: 2 270 428.50 PLN
#FunduszeUE #FunduszeEuropejskie

Materiały dodatkowe
[1] Zdunek, A., & Umeda, M. (2006). Extension and fracture of cell walls after parenchyma tissue deformation. Biosystems engineering, 93(3), 269-278. https://lnkd.in/dyfr7iHt
[2] Vincent, Julian FV. “Fracture properties of plants.” Advances in botanical research. Vol. 17. Academic Press, 1990. 235-287. https://lnkd.in/dTmd_dPA

Obraz: https://lnkd.in/dVUSufDr