小野田雄介 農学研究科助教とオランダの共同研究者は、新しく開発した力学測定法により、陸上植物の葉がなぜ薄くても壊れずに長期間その構造を維持できるのかについて、そのメカニズムを明らかにしました。
本研究成果は、英国の植物雑誌「Journal of Experimental Botany」に2015年2月12日付けにて掲載されました。
研究者からのコメント
小野田助教
生物の形の仕组みを明らかにすることは、その生态や进化を理解する上でとても重要なことです。叶は光を効率的に集めるために薄っぺらい构造をもっていますが、その一方で、多少の风雨にも耐え、长いものでは10年以上の寿命があります。今回の研究により、植物の叶は「サンドイッチ构造」という飞行机の翼にも使われる仕组みを使って、薄くても丈夫という相反する条件を巧みに満たしていることが分かりました。本発见が、植物科学の発展だけでなく、薄くかつ耐久性の?い构造设计に応?されることが期待されます。
概要
植物の叶は、効率的な光吸収のために薄い构造をもっていますが、一方で、多少の风雨にさらされても壊れません。叶の断面をみると、外侧の表皮组织と内侧の叶肉组织に大别することができ、工学で用いられている「サンドイッチ构造」に似ています（図）。しかし、叶の表皮组织と叶肉组织は密着しているため、両组织を分离して硬さを测定することはできず、叶がどの程度効果的なサンドイッチ构造をもっているかは分かっていませんでした。
そこで、本研究グループは、叶の组织を分解せずに、表皮组织と叶肉组织の硬さを测る方法を考案し、それをさまざまな植物の叶に応用しました。
叶の曲げ试験と引っ张り试験による硬さ测定を组み合わせることにより、表皮组织と叶肉组织を分离することなく、それぞれの硬さを评価する方法を开発しました。この手法による测定を36种のさまざまな植物について行った结果、草木に関わらず、表皮组织の硬さは叶肉组织の硬さに比べ圧倒的に高く、叶は非常に効率的なサンドイッチ构造であることがわかりました。また表皮の硬さにおいて、表皮组织の最外面にあるクチクラ（厚さ0.1～10耻尘程度）が特に重要であることもわかりました。これらの结果は、植物が长年の进化の歴史を経て、「薄くかつ力学的にも安定」という相反する制约を巧みに克服してきたと言えます。
陆上の植物は、5亿年の进化の歴史を経て、极めて洗练された构造をもっており、そのような构造を明らかにすることは、植物科学の発展だけでなく、薄くかつ耐久性の高い构造设计など工学的応用にも繋がると期待されます。
図：葉（左）と飛行機翼（右）の断面構造（右はAdem Rudin氏提供）
详しい研究内容について
书誌情报
[DOI]
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Yusuke Onoda, Feike Schieving, and Niels P.R. Anten
"A novel method of measuring leaf epidermis and mesophyll stiffness shows the ubiquitous nature of the sandwich structure of leaf laminas in broad-leaved angiosperm species"
Journal of Experimental Botany published February 11, 2015
掲载情报
- 朝日新聞（2月13日 30面）、京都新聞（2月15日 24面）および日本経済新聞（2月17日 15面）に掲載されました。
