Амёба с раковиной ползает как осьминог, меняя тактику на ходу
Международная команда исследователей под руководством Университета Хоккайдо изучила уникальную механику, позволяющую амёбе Arcella с раковиной умело перемещаться по разным поверхностям.
Результаты, опубликованные в Proceedings of the Japan Academy, Series B, проливают свет на то, как этот микроорганизм сохраняет механический баланс при движении, поддерживая свою раковину за счёт скоординированного использования множества псевдоподий.
Arcella, часто встречающаяся на торфяниках и в пресноводных средах, относится к группе раковинных амёб. Её тело почти полностью заключено в куполообразную раковину (теку), которая, как считается, защищает от хищников, паразитов и факторов среды, таких как высыхание.
Через отверстие на нижней стороне Arcella может формировать из клеточного тела пальцевидные выросты — псевдоподии — для захвата добычи и передвижения. Такой амёбоидный способ движения характерен для многих организмов. У людей его можно наблюдать у иммунных клеток при репарации тканей и у раковых клеток при метастазировании. Но ползание Arcella отличается.
«Из-за большой жёсткой раковины её локомоция не следует типичному амёбоидному движению, наблюдаемому у многих клеток. Вместо этого она перемещается за счёт скоординированного использования нескольких псевдоподий одновременно, почти как осьминог», — объясняет ведущий автор, доцент Юкинори Нисигами.
Как Arcella генерирует и измеряет силу
Исследователи обнаружили, что образцы Arcella, собранные в экспериментальном лесу Томакоми Университета Хоккайдо, создают на поверхности механические силы, известные как сила тяги, что позволяет им цепляться и перемещаться.
Чтобы измерить эти силы, команда внедрила флуоресцентные шарики в подложку и отслеживала их смещение. Это позволило измерить силу тяги и понять, как организм использует её для ориентации в направлении движения.
Было установлено, что разница в распределении силы между передней и задней частью контролирует прямолинейное движение, а разница между левой и правой сторонами вызывает движение вбок.
Жёсткость поверхности влияет на характер движения
Удивительным оказалось то, что локомоция Arcella менялась в зависимости от жёсткости поверхности. На твёрдой поверхности, такой как стекло или жёсткий гель, амёба двигалась активнее, преодолевая расстояние до трёх раз большее, чем на мягком геле, за тот же период времени.
На твёрдой поверхности Arcella также чаще вытягивала псевдоподии преимущественно в направлении движения, в то время как на мягком геле её движение было более случайным, с вытягиванием псевдоподий в других направлениях.
Эта зависящая от поверхности стратегия передвижения может быть способом адаптации Arcella к разным условиям в природе и иметь решающее значение для выживания. На твёрдых поверхностях она мигрирует быстро и эффективно, а на мягких переключается на более медленные, исследовательские движения. Эта способность переключаться между скоростью и осторожностью может объяснять её процветание в непредсказуемых природных условиях.
«Я был впечатлён тем, как одноклеточная амёба может умело координировать движение нескольких псевдоподий одновременно. Её способность менять поведение в зависимости от среды демонстрирует замечательную приспособляемость жизни даже на микроскопическом уровне», — отмечает Нисигами.
Экологическая роль и будущие исследования
Раковинные амёбы играют важную экологическую роль в пищевых сетях, питаясь бактериями и служа добычей для более крупных организмов. Понимание их поведения может помочь лучше понять их экологические функции, реакции на среду и биоразнообразие. Кроме того, стратегии использования псевдоподий могут вдохновить на инновации в области мягкой микроробототехники, где клеточная механика предоставляет естественные принципы проектирования.
«Природные среды гораздо сложнее плоских двумерных поверхностей, которые мы часто используем в лабораториях. Я однажды наблюдал, как Arcella «шла по канату» вдоль пылинки в культуре. Понимание того, как организм размером менее 100 микрометров, без глаз и мозга, может выполнять такие трюки, — это захватывающая область исследований», — размышляет Нисигами.