Computergestützte Analyse von Zellwänden
Schichten von miteinander verflochtenen Fasern bilden Pflanzenzellwände. Die verschiedenen Fasertypen reagieren unterschiedlich auf Verformungen. Beispielsweise können sich Cellulosemikrofibrillen dehnen oder krümmen, ihre Länge von Ende zu Ende ändern, und sie können auch aneinander vorbeigleiten, relative Richtungen neu ausrichten und sich mit benachbarten Mikrofibrillen bündeln. Zhang et al. entwickelten ein Rechenmodell, das auf Beobachtungen der Zwiebelschalenepidermis basiert und beschreibt, wie diese komplexen Veränderungen im Raum die Zellwandmechanik steuern. Die Ergebnisse zeigen, wie multifunktionale Fasermaterialien hergestellt werden können.
Wissenschaft, diese Ausgabe p. 706
Abstrakt
Pflanzen haben komplexe Zellwände auf Basis von Nanofibrillen entwickelt, um verschiedenen biologischen und physikalischen Einschränkungen gerecht zu werden. Wie Stärke und Dehnbarkeit aus der nanoskaligen bis mesoskaligen Organisation wachsender Zellwände hervorgehen, ist seit langem ungeklärt. Wir haben versucht, die mechanischen Rollen von Cellulose- und Matrixpolysacchariden zu klären, indem wir ein grobkörniges Modell entwickelt haben, das auf der Polymerphysik basiert und Aspekte des Zusammenbaus und der Zugmechanik epidermaler Zellwände zusammenfasst. Einfache nichtkovalente Bindungswechselwirkungen im Modell erzeugen gebündelte Cellulosenetzwerke, die denen der primären Zellwände ähneln und eine spannungsabhängige Elastizität, Versteifung und Plastizität über eine Ertragsschwelle hinaus besitzen. Plastizität entsteht durch Fibrillen-Fibrillen-Gleiten in ausgerichteten Cellulosenetzwerken. Dieses physikalische Modell bietet quantitative Einblicke in grundlegende Fragen der Pflanzenmechanobiologie und enthüllt Konstruktionsprinzipien von Biomaterialien, die Steifheit mit Ertrag und Dehnbarkeit verbinden.
