FOK! wetenschap: Hoe klimt een komkommer?
Hoe klimt een komkommer? Dit is vreemd genoeg een vraag die wetenschappers al meer dan een eeuw bezighoudt. In 1862 publiceerde Charles Darwin al over wonderbaarlijke 'soft springs' (zachte veren) waarmee een komkommerplant zichzelf vasthecht aan dichtstbijzijnde structuren.
Iedereen die wel eens een komkommerplant of andere klimmende planten (zoals een passieflora) heeft bekeken, kent deze gekrulde sprieten waarmee ze zich vasthechten. Het was Darwin al opgevallen dat de sprieten eerst ongekruld zijn en zich later pas krullen. Ook zag hij dat de sprieten bestonden uit twee krullen die in tegengestelde richting draaiden. Dit is goed te zien in het eerste plaatje onderste vakje de jonge gekrulde komkommer-spriet heeft als het ware een midden waar de richting van de spiraal omdraait.
Jonge en oude komkommer spriet, met daarnaast in het blauw de stijve cellen.
Tot zover was het duidelijk maar men wist nog niet hoe dit mechanisch in elkaar stak. Daar hebben wetenschappers in Harvard een verschil in gemaakt. Zij hebben in detail gekeken naar deze sprieten en vonden dat zich in de sprieten een harde laag cellen ontwikkelde. Deze laag was nog niet aanwezig in jonge rechte sprieten maar wel in oudere krullende sprieten. Dit is dus het onderliggende mechanisme dat zorgt voor de krullen.
Nou, nou interessant hoor krullende planten plantensprieten. Ja! Dat is zeker interessant want deze krullen hebben allerlei handige eigenschappen. Ze zijn bijvoorbeeld flexibel maar ook extreem krachtig. Eén eigenschap is dat deze krullen zich niet om de eigen as draaien en dus altijd 'recht' blijven. Een andere eigenschap zie je als je deze krullen uitrekt. Dan creëren ze extra windingen in plaats van dat ze ontwinden wat bijvoorbeeld in een metalen veer gebeurt. Huh wat ze maken extra windingen als je ze uitrekt. Ja kijk maar eens naar het tweede plaatje in het witte dunne krulletje (van een komkommer) je ziet dat hij opgekruld uit 5 en 7 windingen bestaat en uitgerekt uit 6 en 8 windingen. Ter vergelijking: in een voorgevormd rubberbandje, gemaakt door de wetenschappers, leidt uitrekking tot het ontwinden van krul.
Het verschil tussen rubberbandje (boven) en een komkommerspriet (onder)
Wetenschappers zouden geen wetenschappers zijn als ze niet op zoek gingen naar de vereisten voor deze eigenschappen. De zoektocht leidde tot de ontdekking dat als de verhouding tussen buigbaarheid (buigstijfheid) en draaibaarheid (draaistijfheid) groter dan één is, het zogenaamde overwinden plaatsvindt.
Vervolgens hebben ze een rubberbandje gemaakt die ook nog een koperdraad aan één kant bevat, en daarmee verkregen ze de juiste buig/draai verhouding en dus een synthetische krul met de overwind eigenschap. Een gevolg van deze eigenschap is dat hoe verder je zo'n krul wilt uitrekken hoe meer kracht het kost en hoe stijver het geheel wordt.
Een 'overwindend' rubberbandje
Deze ontdekkingen zouden in de toekomst kunnen leiden tot nieuwe materialen met eigenschappen die wij nu nog niet kunnen gebruiken. We gaan dus een toekomst tegemoet met krachtige flexibele verbindingen. Maar de komkommers onder ons wisten dit natuurlijk al lang.
bron: How the cucumber tendril coils and overwinds. Gerbode SJ, Puzey JR, McCormick AG, Mahadevan L. Science. 2012 Aug 31;337(6098):1087-91.
