細胞がその形を維持し、成長するためには、強さが必要です。細胞が「むき出し」の動物は、主に細胞骨格に依存していますが、菌類、植物、藻類などの生物は、非常に硬い細胞壁であるエンベロープの存在によって拘束されています。これらの壁に囲まれた生物のいくつかは、整列した細胞でできたフィラメントを発達させ、その中で最も遠位のものだけが成長を担います。ドームは継続的に前進し、細胞を伸ばし、ある時点で分裂し、フィラメントに 1 つのサブアピカル セルを追加します。
この成長のエンジンは、生物によってゆっくり (2 μm/時) または非常に速い (約 1 mm/時) 場合がありますが、膨圧であり、細胞のいたるところで同じ強度で壁を押します。物理法則は、円柱の壁が曲がるほど、局所的な伸張張力 (応力) が低く感じられることを意味します。では、頂端の成長の場合、平らな円筒形のセルの側面は変化しないまま、湾曲したドームのみを膨張させるにはどうすればよいのでしょうか?植物では、このドーム内の張力の低下は、壁の局所的な軟化によって補償されることが知られています。したがって、頂細胞の先端で応力が低くても、ここで壁の変形が発生します。
褐藻類は、形態学的および生理学的に緑藻類および紅藻類といくつかの類似点を共有していますが、異なる進化経路で進化しました。彼らは、動物を含むすべての真核生物に共通する非常に古い祖先を除いて、植物と親子関係を共有していません。したがって、それらの開発は、ランダムなドリフトと適応の必要性の明確な歴史に起因しており、開発の進化 (evo-devo) 研究の貴重なモデルとなっています。褐藻類の頂端の成長を研究することで、それらが別の戦略を使用していることを発見しました。それらは、壁の機械的特性を変更するのではなく、局所的な伸張張力の変動を引き起こします。実際、物理法則によれば、壁の厚さも引張り張力の値を決定する要因です。壁が薄いチューブは、壁が厚いチューブよりも圧力の影響を受けて割れる可能性が高くなります.
褐藻 Ectocarpus の頂端フィラメント細胞に沿って壁の厚さを測定したとき (透過型電子顕微鏡で観察された縦断面から)、壁が 15 倍以上薄いことが観察されました (36 nm、微小管) 側面よりもセルの端にあります。生物物理モデルを使用したシミュレーションでは、ドームの湾曲による応力の減少を補うために、壁の薄肉化が正確に調整されていることが示されています。このモデルでは、細胞に沿った厚さ勾配の確立は、成長中に細胞の形状を維持し、その速度を制御するために重要です (アニメーション ムービーを参照)。したがって、褐藻類は壁の厚さを制御することで、植物のように化学的平衡と複雑な酵素活性に訴える機械的特性 (粘塑性) を調整する必要がなくなります。
このように、陸上植物と同じ物理法則に従う褐藻 Ectocarpus は、異なる重要なパラメーターを制御することによって同じ目標に到達します。この場合、これは細胞壁材料の化学組成ではなく局所的な量である。 この当初の戦略は、Ectocarpus の非常に遅い成長 (これまでに測定された最低値である 2.5 μm/時間)、または強い機械的ストレス (海流、波) と塩分 (潮、雨) の頻繁な変化にさらされる海洋環境に関連している可能性があります。 .
