Nas plantas, as células que formam a estrutura interna das folhas começam como esferas fortemente compactadas nos estágios iniciais do desenvolvimento da folha. À medida que a folha se desenvolve e se expande, essas células assumem novas formas e se soltam. No entanto, a microestrutura da folha permanece robusta e intacta.  

Uma equipe de pesquisadores – incluindo um engenheiro mecânico, um biólogo vegetal e um físico aplicado – descobriu como isso acontece. Fazer isso não apenas responde a perguntas que há muito intrigam o mundo vegetal, mas também pode levar à fabricação de materiais fotossintéticos produtores de energia. Os resultados de seu trabalho aparecem no  Journal of the Royal Society Interface . 

A camada intermediária das folhas das plantas é conhecida como mesofilo esponjoso, que é uma rede porosa de células onde ocorre a fotossíntese. Nesse processo, o dióxido de carbono ( CO 2 ) sobe pela parte inferior da folha, a luz do sol entra pela parte superior e, então, os dois interagem na camada intermediária das células. Nos estágios iniciais de uma folha, as células dessa camada são quase esféricas e bem compactadas. No entanto, se as células ficarem assim, a luz e o dióxido de carbono não terão espaço para interagir. Assim, as células se soltam para abrir espaço para permitir que a fotossíntese aconteça. Mas ao fazer isso, por que a folha não perde sua estrutura e se desfaz?

"O mesofilo esponjoso é capaz de se transformar em um material muito poroso, mas reter as propriedades de um sólido", disse Corey O'Hern, professor de engenharia mecânica e ciência dos materiais. “Esse é o paradoxo, que a folha precisa criar essa estrutura labiríntica de espaço aéreo para permitir a difusão de CO 2 – mas a folha ainda precisa permanecer mecanicamente estável.” 

Para entender esse processo contra-intuitivo, O'Hern e os outros pesquisadores usaram imagens feitas com microscopia confocal das células em diferentes fases do desenvolvimento da folha. 

“Criamos um modelo computacional para descrever as formas das células individuais e o quanto elas aderem umas às outras”, disse O'Hern. “Depois, modelamos o desenvolvimento do mesofilo esponjoso puxando o tecido por todos os lados”.

Esses estudos incluíram a medição das formas de todas as células e da porosidade do mesofilo (ou seja, quanto do material é composto de células e quanto é composto de ar). Os pesquisadores traçaram o curso do desenvolvimento das células desde os estágios iniciais até os últimos e observaram como as células se transformam de esferas compactadas em formas alongadas e com vários lóbulos. 

Eles descobriram que, em vez de causar a quebra da estrutura da folha, as células que se espalhavam mantinham a estrutura da folha. “O que está acontecendo é que as células do mesofilo esponjoso ainda estão se projetando para fora, enquanto o tecido epidérmico da folha o mantém dentro”, disse O'Hern.

A planta específica que eles observaram é o agrião thale, uma flor silvestre conhecida pelos cientistas como  Arabidosis thaliana . É considerada a mosca da fruta das plantas, pois é particularmente útil para experimentos. Germina muito rapidamente e os genes da planta são bem conhecidos. 

Para estudos futuros, os pesquisadores planejam aplicar seu modelo computacional a outras espécies de plantas para ver se o modelo pode explicar a grande diversidade da estrutura do mesofilo esponjoso. Além disso, eles querem aplicar o que aprenderam na criação de tecido vegetal artificial. 

“Se pudermos entender como as plantas são tão eficientes na fotossíntese e entender a automontagem do mesofilo foliar, talvez possamos criar materiais fotossintéticos semelhantes em laboratório.”