植物茎圆柱状外形的生长原理,也能够用这种受限的生长模式来解释。内侧细胞不断地向外推,茎表面的细胞也许就会强化一部分胞壁来对抗这种力。这也就使得外侧细胞在没有强化的方向上生长得更多,从而造成整个组织形成一种在垂直方向上拉长的形状。哈芒特的研究团队发现,根据这些规则设计出的模型,可以产生像天然植物茎那样的垂直的圆柱形。
机械力可能还赋予了植物细胞方向感。以生长素和它的“搬运工”PIN1蛋白为例。在理论中,每个细胞都知道周围的哪个细胞具有最多的生长素,每个细胞内的PIN1分子都会向着最靠近它的那个细胞的一侧移动。然而,这个过程背后的机制并不清楚。
一种可能性是,细胞会对压力作出反应。如果一个细胞含有大量生长素,它的细胞壁就会变松,细胞就会膨大,从而拉伸与相邻细胞共有的那层胞间层,而那个邻近的细胞就有可能对此做出反应,把PIN1蛋白聚集到这种压力的来源方向上。近期一项研究发现,当细胞受到机械压力时,PIN1蛋白也会像微管一样在与压力平行的方向上排列成行(参见《PLoS生物学》,第8卷,e1000516页)。
要彻底揭开形态之谜,我们还有很长的路要走。不过,借助植物学家设计的各种关于结构发育的简单计算机模型,我们开始能够预测某一特定变化如何影响到形态。至少在理论上,这样的模型有朝一日将能够帮助我们设计出具有特定形状的植物。
当然,通过人工育种来影响农作物、花卉、鱼、狗、马和其他许多生命体的形态已经有数千年的历史了。例如,如果想要一种短腿狗,就用两只腿短的狗交配。不过绝大多数的育种工作都是摸索着来的,其中的机制并不清楚。而深入了解基因、形态发生素以及机械力之间的相互作用对生物形态的影响,将会打开许多新的可能。