植物の生態をより深く理解することを目指して、リチャード・ハーウッドの最近の研究が出版されました。 AoB PLANTS、調べます 「仮想リーフ」の概念。 彼は最先端の顕微鏡技術と計算モデリングを活用して、従来の 3D アプローチから飛躍的な 2 次元 (XNUMXD) で葉の生理学を研究しています。
「仮想葉」の概念は、デジタル環境で葉の複雑な生理機能を再現し、水の蒸発や二酸化炭素 (COXNUMX) などのプロセスのコンピューターによるシミュレーションを可能にすることを目的としています。2） 輸送。 これらのシミュレーションは、さまざまな葉組織のユニークな 3D 構造が炭素と水の交換にどのように影響し、最終的には光合成や呼吸などのプロセスに影響を与えるかについての洞察を提供します。
Harwood はまた、葉肉のコンダクタンスを 3D で調査しています。これには、葉の小さな空気層から光合成細胞への CO2 の通過が含まれます。 彼の研究は、葉内の細胞のサイズ、形状、配置がこのプロセスに大きな影響を与えることを指摘しています。 これまでのアプローチは、葉内の二酸化炭素の均一な分布を想定しており、実際の葉の構造の変動性や複雑な生物物理学的特性を考慮していませんでした。
「仮想葉」は、研究者が葉内の水輸送システムを視覚化し、葉内の炭素と水の動きをリアルタイムで追跡するのに役立つ可能性があります。 例えば、 ヒガンバナ あるいは、ヒヨコマメの葉の複雑な構造や光に対する反応をこの技術で捉えることができ、環境変化に対する植物の反応をより詳細に理解できるようになります。
重要なことに、ハーウッド氏は、「仮想葉」は干ばつへの反応のような動的で一時的な変化も考慮すべきであると強調しています。 彼は、Xiao とそのチームの「eLeaf」モデルの取り組みを称賛し、これは包括的な「仮想リーフ」の作成に向けた貴重な一歩であると考えています。 彼は書く：
何千年にもわたって進化した生理学的プロセスをラップトップに取り込もうとするときは、根拠のある視点を保つことが重要です。 したがって、「仮想葉」の進歩に貢献する研究努力は、複雑な現実をどのように捉え損ねているかではなく、植物生理学の限られた理解をどのように改善するかという観点から評価される必要がある。 シャオ ら (2022) 「仮想リーフ」を作成するための優れたアプローチを例示しています。 著者らは、さまざまな顕微鏡法（マイクロ CT、共焦点および透過型電子顕微鏡）を使用して、さまざまな空間スケールで葉の解剖学的構造を捉えています。 この解剖学的情報はプールされ、顕微鏡を代表する 3D 構造の作成に使用されます。 本質的にはまだ多少「漫画」のようなものですが、モデリング ソフトウェアで使用できる 3D メッシュと本格的な 3D 解剖学の優れた妥協点です。 著者らはモデリングの仮定を実験データで検証し、最終製品を「eLeaf」と名付けました。
シャオ ら (2022) 「eLeaf」を利用して、葉の多孔性の変化が光合成性能にほとんど影響を及ぼさないことを発見しました。これは、からの観察と一致します。 セロー・ランクール ら (2021) セルサイズは気孔率よりもはるかに重要です。 注目に値するのは、 セロー・ランクール ら (2021) 3D CO を推定するために 2D 解剖学的データを取得しました2 拡散と シャオ ら (2022) 2D 拡散を推定するために 3D 解剖学的データを取得しました。 3D モデリングのアプローチが進化するにつれて、特定の研究上の疑問に答えるためにどのレベルの詳細が必要かについてより深く理解できるようになるでしょう。 イメージング技術の進歩とセグメンテーションのツールとしての人工知能 (セロー・ランクール ら 2020; ハインリッヒ ら 2021) より洗練された解剖学的に正確な 3D モデルが得られます。 これらの 3D モデルが葉の生理学の複雑さを解明すると、顕微鏡、モデリング、実験データを統合する強力なツールを表す「仮想葉」が出現します。
ハーウッド2023。
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ハーウッド、R. (2023)仮想リーフの作成" AoB PLANTS、15(3)、p。 lad033. 入手可能: https://doi.org/10.1093/aobpla/plad033.
