Ученые объяснили синхронизацию жгутиков у плавающих водорослей

Биение жгутиков — один из базовых принципов движения в клеточном мире. Однако до сих пор было неясно, как синхронизируются движения нескольких таких клеточных отростков. Исследователи из Дрездена из Института молекулярной клеточной биологии и генетики Общества Макса Планка и Института физики сложных систем Общества Макса Планка продемонстрировали, как зеленая водоросль Chlamydomonas синхронизирует движения своих двух жгутиков с помощью остроумного раскачивающего движения.

Ученые сначала разработали теоретическую модель, которую затем подтвердили в экспериментах с микроскопическими "брассистами": когда два жгутика теряют ритм, клетка начинает раскачиваться. Это заставляет плавательные движения замедляться или ускоряться. Возникающий механизм синхронизации основан исключительно на связи двух движений — тела и жгутиков; специальные сенсоры или химические сигналы не требуются.

"Водоросль — прекрасная модель для изучения нашего вопроса, потому что своими двумя жгутиками она очень четко показывает, как несколько таких отростков синхронизируются с помощью одних лишь механических сил", — говорит руководитель исследования Бенджамин Фридрих из Института физики сложных систем Общества Макса Планка.

Клеточные отростки длиной всего десять микрометров бьются примерно 30 раз в секунду. В плоской камере для наблюдений исследователи позволили одноклеточным зеленым водорослям Chlamydomonas плавать под объективами микроскопов, а затем проанализировали плавательные и изгибающие движения на видеозаписях. "По этим записям мы можем детально реконструировать все действующие механические силы", — поясняет Фридрих.

Когда нагрузка возрастает, жгутик бьется медленнее — подобно автомобильному двигателю, которому приходится преодолевать подъем. Сила и скорость биения связаны с движением тела. Эта зависимость от нагрузки синхронизирует удары двух жгутиков, устраняя необходимость в специальных сенсорах или химических сигналах.