Internal Stress Controls Tendril Writhing Dynamics in Climbing Plants
Les contraintes internes contrôlent la dynamique d’enroulement des vrilles chez les plantes grimpantes
Résumé
Plant tendrils are mechanosensitive and highly motile organs known for touch-induced differential growth. The resulting coiling dynamics under external traction reveal that non-homogeneous internal stress over the tendril cross-section is fundamental to understanding the system. External loading inhibits curvature generation and can fully suppress it above a threshold force. Remarkably, however, the internal differential stress onset persists even under the highest applied traction forces. We develop an autotropic morphoelastic growth (AMG) model, grounded in a bi-strip geometry and Kirchhoff rod theory, which capture these main features. In particular, the AMG model reproduces the observed 1/4 ratio between the generated intrinsic curvature at high force and that at zero force. According to the AMG model, this ratio depends solely on the twist-to-bend ratio, which is a parameter determined by the plant species.
Les vrilles des plantes sont des organes mécanosensibles et hautement mobiles, connus pour leur croissance différentielle induite par le contact. La dynamique d’enroulement sous traction externe montre que la présence de contraintes internes non homogènes à travers la section de la vrille est essentielle pour comprendre le système. La charge externe inhibe la génération de courbure et peut même la supprimer complètement au-delà d’une force seuil. Il est toutefois remarquable que l’apparition de contraintes différentielles internes persiste, même sous les forces de traction les plus élevées appliquées. Nous développons un modèle de croissance morphoélastique autotropique (AMG), fondé sur une géométrie de type bi-lame et sur la théorie des tiges de Kirchhoff, qui rend compte de ces caractéristiques principales. En particulier, le modèle AMG reproduit le rapport expérimental de 1/4 entre la courbure intrinsèque générée sous forte traction et celle observée en l’absence de force. Selon le modèle AMG, ce rapport dépend uniquement du rapport torsion–flexion, un paramètre déterminé par l’espèce végétale.
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