Грибная клетка, похожая на скоростное шоссе
Мириады светящихся точек, движущихся в видео, — это не машины на трассе, а миллионы ядер, текущих по трубчатым нитям (гифам) одной клетки гриба Neurospora crassa.
Исследовательская группа математика Маркуса Ропера из UCLA впервые измерила и объяснила это динамическое движение ядер в грибной клетке.
Смешивание генетически разных ядер
- Клетки грибов, в отличие от клеток животных и растений, могут содержать несколько ядер.
- В N. crassa в одной клетке сосуществуют генетически разные ядра, что повышает инфекционность гриба, но только если все его части содержат смесь этих ядер.
- Поток ядер, напоминающий движение транспорта, непрерывно распределяет разные ядра по растущей клетке, не давая им разделиться. «Это как система движения. Иногда ядра находят короткие пути, иногда возникают пробки», — пояснил Ропер.
Инженерная сеть для оптимального смешивания
- Поток «движется градиентами давления по сложной многонаправленной сети» в колонии.
- Математическое сравнение естественной сети гриба с альтернативными моделями показало, что она оптимальна для смешивания ядер.
- Когда учёные «выключили» один ген, изменив сеть, генетически одинаковые ядра начали группироваться, а не смешиваться.
- «Поток помогает грибу терпеть внутреннее генетическое разнообразие. Для человека такое разнообразие — это рак. Но грибу это помогает», — отметил Ропер.
Преимущество многоклеточности у древних организмов
В другом исследовании Ропер изучал Salpingoeca rosetta — одноклеточный хоанофлагеллят, ближайшего родственника многоклеточных животных, который может образовывать колонии.
- Хотя многоклеточные колонии S. rosetta плавают медленнее и хуже, чем одиночные клетки, в этом есть преимущество.
- Хаотичное движение их жгутиков («вёсел») создаёт коллективные потоки жидкости, которые доставляют бактерии (пищу) к колонии гораздо эффективнее, чем это делает одиночная клетка.
- «С биологической точки зрения не очевидно, что быть многоклеточным здесь есть какая-то выгода. Но мы её нашли», — заключил Ропер.
Исследования показывают, как организмы решают физические задачи — от управления «движением» внутри клетки до эволюционного перехода к многоклеточности.