Обнаружен первый пример клеточного оригами у протистов

Исследователи из Стэнфорда, сочетая глубокое любопытство и «рекреационную биологию», открыли, как простая клетка демонстрирует невероятно сложное поведение без нервной системы. Они называют это оригами.

Организмом, который их очаровал, стала свободноживущая протиста Lacrymaria olor. Клетка каплевидной формы длиной всего 40 микрон способна за секунды выбрасывать «шею» длиной более 1500 микрон, а затем так же быстро втягивать её обратно. Это эквивалентно тому, как если бы человек ростом 6 футов вытянул голову на 200 футов.

Форма определяет функцию

Исследователи обнаружили, что в основе этого поведения лежит новый геометрический механизм, ранее неизвестный в биологии. Поведение L. olor закодировано в её цитоскелетной структуре, подобно тому, как поведение человека закодировано в нейронных цепях.

Это первый пример клеточного оригами, а точнее — подмножества традиционного оригами, известного как «оригами с изогнутыми складками».

Ключевую роль играет структура из 15 жёстких спиральных микротрубочек (рёбер), обёрнутых вокруг клеточной мембраны. Эти микротрубочки скручиваются и раскручиваются, как мехи спирального аккордеона, а тонкая мембрана аккуратно укладывается внутри клетки в чёткие складки.

«Когда вы храните складки под таким спиральным углом, вы можете хранить бесконечное количество материала», — объяснил аспирант Элиотт Флаум. — «Биология это поняла».

Геометрия — это судьба

Элегантность заключается в математике. Для этой структуры математически невозможно развернуться или свернуться каким-либо иным способом. По оценкам, за свою жизнь L. olor выполняет это выдвижение и втягивание около 50 000 раз без сбоев.

Ключевой элемент — малоизученное математическое явление, происходящее в точке, где рёбра скручиваются, а сложенная мембрана начинает разворачиваться. Это сингулярность (d-cone) — точка, где структура одновременно сложена и развернута.

«Она разворачивается и складывается в этой сингулярности каждый раз, действуя как контроллер. Это первый случай, когда геометрический контроллер поведения был описан в живой клетке», — объяснил профессор Ману Пракаш.

Рекреационная биология

Работа лаборатории Пракаша пронизана духом удивления и игривости, который он называет «рекреационной биологией» или старомодной наукой, движимой чистым любопытством.

«Мы начали с загадки, — сказал Пракаш. — Мы задали очень простой вопрос: откуда берётся этот материал? И куда он девается? В качестве нашей игровой площадки мы выбрали Древо Жизни. Семь лет спустя мы здесь».

Что касается практического применения, исследователи уже представляют новую эпоху развёртываемых микроскопических «живых машин», которые могут трансформировать всё — от космических телескопов до миниатюрных хирургических роботов.