Vielleicht lösen Sie gerne Puzzles. Haben Sie schon von lebenden Puzzles gehört? Stellen Sie sich ein solches Puzzle vor, bei dem die einzelnen Teile nicht statisch sind, sondern sich ständig verändern. Sie müssen es also zusammenbauen, während die Teile wachsen und ihre Form ändern. Das mag seltsam klingen. Aber tatsächlich gibt es unter den pflanzlichen Kuriositäten einige Zellen, die genau diese merkwürdige Morphologie haben, die einer Puzzle-ähnlichen Form ähnelt (links). Diese Zellen werden Pflasterzellen genannt und koexistieren zusammen mit Spaltöffnungen in der Epidermis von Blättern vieler Arten.
Sie beginnen ihre Entwicklung als einfache geometrische Formen wie Rechtecke oder Sechsecke und erhalten im Laufe der Zeit ihre charakteristische Puzzle-ähnliche Form, die sich mit Lappen (Vorsprüngen) und Vertiefungen abwechselt. Dann ist das Blatt genau wie ein Puzzle, dessen Teile im Laufe der Zeit wachsen und ihre Form verändern: ein lebendiges Puzzle!
Wie bekommen sie ihre Form? Dies ist eine sehr faszinierende Frage, die Pflanzenwissenschaftler weiterhin verwirrt. Auf der einen Seite stellt sich die Frage nach der Strukturierung innerhalb einer Zelle, also wie eine Zelle die Asymmetrien erzeugt, die später zu Lappen und Vertiefungen werden. Darüber hinaus muss die Entscheidung, Noppen und Vertiefungen anzubringen, mit ihren Nachbarn abgestimmt werden; Andernfalls fällt das ganze Puzzle auseinander! Dies geschieht tatsächlich bei einigen Pflanzenmutanten, deren Zellen keine korrekten Lappen und Vertiefungen entwickeln und deren Blätter infolgedessen einige Löcher dazwischen haben.
Später, wenn diese Regionen spezifiziert sind, entwickeln sich die Lappen und Vertiefungen. Dann ist die andere Seite der Frage, wie sie ihre Form erhalten, wie diese Regionen unterschiedlich wachsen, um Lappen zu bilden, die sich mit Vertiefungen abwechseln. Elsner et al., 2012, untersuchten die Formerfassung dieser Zellen mit der Replikamethode. Diese Technik besteht darin, an verschiedenen Tagen Abdrücke der Epidermis zu erstellen, so dass dieselben Zellen im Laufe der Zeit verfolgt werden. Um zu wissen, wie sich die Teile unseres hypothetischen Puzzles verändern, haben wir uns entschieden, zu unterschiedlichen Zeiten zu fotografieren. Interessanterweise fanden sie heraus, dass die besondere Geometrie dieser Zellen zustande kommen könnte, weil verschiedene Segmente der zukünftigen Pflasterzellen unterschiedlich wachsen und weil sie zu unterschiedlichen Zeiten erscheinen. Dann wäre es so, als würden die Seiten jedes der Teile unseres Puzzles unterschiedlich wachsen und auch zu unterschiedlichen Zeiten erscheinen. Wie das geregelt wird, bleibt ein Rätsel.
Eine weitere Tatsache, die unser lebendes Puzzle interessanter macht, ist, dass diese Zellen ihre Puzzle-ähnliche Form auf sehr stereotype Weise innerhalb des Blattes erhalten. Bei Arabidopsis thaliana und Nicotiana bentamiana nehmen die Zellen ihre Form zuerst an der Blattspitze an und im Laufe der Zeit zeigen auch die Zellen an der Basis eine Puzzle-ähnliche Form. Die Teile unseres Puzzles nehmen also zuerst an einem Extrem und im Laufe der Zeit zum anderen Extrem hin ihre Form an. Diese Situation ähnelt einem berühmten Bild des niederländischen Malers MC Escher mit dem Titel „Metamorphosis“ (oben), in dem die Stücke in Richtung eines Extrems komplexer sind. Rätselhafte Fragen rund um die räumliche Entwicklung von Pflasterzellen sind: Wie wird dieses Muster der Zellmorphogenese von der Spitze bis zur Basis kontrolliert? Ist das bei anderen Arten ähnlich? Ist dies wichtig für die Gesamtblattform?
Eine weitere rätselhafte Frage ist, wozu sie dienen. Vielleicht trägt das ineinandergreifende Muster dazu bei, dass die Blätter widerstandsfähiger gegen Bruch sind. Vielleicht vergrößern sie die Kontaktfläche zu Nachbarn und Zellen können schneller kommunizieren. Diese Möglichkeiten sind natürlich nur Spekulationen.
Eine sehr interessante Beobachtung ist, dass diese Zellen je nach Pflanzenart ganz unterschiedliche Puzzleformen haben. Tatsächlich reichen die Pflasterzellen mehrerer Pflanzen von einfachen Stücken bis hin zu sehr komplexen Stücken, die sich in der Höhe (oder Amplitude) ihrer Lappen, dem Abstand (Periodizität) zwischen ihnen, der Dehnung usw. unterscheiden (rechts). Genauso wie es Puzzles mit unterschiedlichem Schwierigkeitsgrad gibt!
Obwohl ein sich veränderndes Puzzle nach viel Spaß klingt, ist es im Moment nur eine Idee. Was wir haben, sind die Pflasterzellen, unsere lebendigen Puzzles, deren Form sehr interessante Fragen umfasst, die uns noch eine Weile rätseln werden!
