سلول های گیاهی با نور در حال تغییر و گاهی مضر سر و کار دارند، بنابراین باید انرژی جذب شده را با محافظت از خود در برابر تشعشعات بیش از حد متعادل کنند. در حالی که برگها می توانند در طول چند دقیقه یا چند ساعت بچرخند، کلروپلاستهای داخل هر سلول بسیار سریعتر حرکت می کنند تا با تغییرات نور سازگار شوند.
دانشمندان در حال مطالعهElodea densaدریافتند که کلروپلاست ها به طور تصادفی حرکت نمی کنند. در عوض، آنها از قوانین فیزیکی خاصی پیروی می‌کنند، همانطور که اشیاء در مسائل ریاضی با هم قرار می‌گیرند. در نور کم، کلروپلاست ها پخش می شوند تا نور بیشتری جذب کنند. همانطور که نور قوی تر می شود، آنها در مناطق سایه جمع می شوند تا از قرار گرفتن در معرض بیش از حد در حین کار جلوگیری کنند. این نشان می دهد که سیستم به گونه ای تنظیم شده است که هم نور را بگیرد و هم از نور جلوگیری کند.
یک مطالعه در سال 2025 در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم توسط بیوفیزیکدانان مازی جلال و نیکو شراما نشان داد که به نظر می رسد کلروپلاست ها خود را به کارآمدترین روش مرتب می کنند. آنها به اندازه کافی بسته می شوند تا نور را به خوبی جمع کنند، اما همچنان می توانند در صورت نیاز به سرعت حرکت کنند. محققان این را با سیستم‌هایی در فیزیک مقایسه کردند که در آن اقدامات ساده منجر به الگوهای پیچیده می‌شود.
این نتایج از این ایده حمایت می کند که سلول های گیاهی بیشتر شبیه تغییر سیستم های فیزیکی عمل می کنند تا ساختارهای ثابت. کار قبلی توسط همان تیم نشان داد که حرکت کلروپلاست به تغییر "شبیه{1}شیشه" بستگی دارد. وقتی نور روشن است، درون سلول سیال‌تر می‌شود و به کلروپلاست‌ها اجازه حرکت می‌دهد. در شرایط ثابت، محکم تر می شود و آنها را در جای خود نگه می دارد.
این تحقیق زیست‌شناسی گیاهی را به پرسش‌های گسترده‌تری در فیزیک مرتبط می‌کند، مانند اینکه چگونه چیزها خود را سازماندهی می‌کنند و به طور مؤثر با هم هماهنگ می‌شوند. همین ریاضیات توضیح می‌دهد که کره‌ها چگونه در فضا قرار می‌گیرند یا چگونه حیوانات در گروه حرکت می‌کنند. در اینجا، به نظر می رسد که تکامل یک سیستم سلولی ایجاد کرده است که به طور مداوم طرح خود را با تغییر محیط تنظیم می کند.
محققان خاطرنشان می کنند که اگرچه این الگوها به نظر می رسد که با دقت برنامه ریزی شده اند، اما در واقع از فرآیندهای بیولوژیکی طبیعی ناشی می شوند، نه طراحی. با این حال، با دیدن نتایج مشابه درElodea densa suggests that basic physical limits are important in how plant cells handle light on a tiny scale.
