image: These are Filicium decipiens leaves exhibiting edge waving configuration. view more
Credit: Changjin Huang
一项研究提出了机械力如何影响植物叶片和花瓣的形状。让植物组织出现复杂的三维形状的遗传和生物分子机制已经得到了广泛的研究，但是生物机械因素的作用尚不清楚。K. Jimmy Hsia、Subra Suresh及其同事把对活体植物的定量分析与计算模拟结合起来，从而阐述了机械应力和变形如何影响植物叶片的形态。在一片叶片中，被定义为在中心茎和这个茎的一个平行片段之间的长度微分变化的生长拉力，依照从中心茎到边缘的幂律分布而增加。两个参数--决定了这种拉力谱的幂律幂指数与最大拉力值--在生长模拟中决定了叶片的形状。这组作者构建了一个相图，表现了4种常见的叶片几何形态--翘曲、螺旋翘曲、马鞍状弯曲以及边缘波浪--如何都与这些参数的特定组合有关联。通过操纵这两个关键参数，这组作者在水凝胶中重现了这些几何形态，其构造模拟了植物生长。这组作者说，这些结果有助于揭示出植物器官的形状形成，并且提示了在软材料中产生仿生结构的方法。
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Journal
Proceedings of the National Academy of Sciences