Вчені зі США розгадали таємницю того, як хижа інфузорія Lacrymaria olor розтягує свою «шию» більш ніж у 30 разів у порівнянні з первісною довжиною тіла, через що вона стає схожою на персонажа шотландського фольклору — лох-неське чудовисько. Відкриття дослідників допоможе у розробці крихітних медичних роботів, які знайдуть застосування у мікрохірургії.
Lacrymaria olor – одноклітинний організм, хижа інфузорія довжиною приблизно 100 мікрометрів. Вона живе у прісній воді та полює на свій видобуток за допомогою схожого на шию харчового апарату, який може подовжуватися на 1,2 міліметра менш ніж за 30 секунд. За своє відносно коротке життя цей мікроорганізм здатний розтягувати шию понад 20 тисяч разів.
Як цей мікроорганізм витягує «шию» на таку велику довжину, залишалося загадкою з XVI століття, тобто відколи вчені побачили хижу інфузорію під мікроскопом.
Американський біофізик Еліотт Флаум (Eliott Flaum) зі Стенфордського університету та її колега Ману Пракаш (Manu Prakash) нарешті розібралися з цим питанням. Вони досліджували зразки Lacrymaria olor, які зібрали під час однієї з експедицій сім років тому, і виявили в субклітинних компонентах вигнутий компонент, дуже схожий на структуру оригамі, що дозволяє інфузорії швидко змінювати форму «шиї». Про результати дослідження вчені розповіли у статті, опублікованій у журналі Science.
У своїй роботі Флаум та її колега використовували комбінацію методів візуалізації в реальному часі, конфокальної та електронної мікроскопії, що просвічує. Ці методи допомогли вченим отримати зображення зовнішньої структури Lacrymaria olor, клітинної мембрани, та внутрішнього цитоскелета, що складається з мікротрубочок. З’ясувалося, що клітинна мембрана інфузорії складена в 15 складок, кожна з яких закручується навколо клітини, утворюючи спіралеподібну структуру.
Але як Lacrymaria olor подовжує та звужує цю область клітинної мембрани, не заплутуючись при цьому? Всі «складки» залишаються стійкими завдяки смугам мікротрубочок, які пов’язані з ними. Така «складка» розгортається (згортається) не відразу повністю, а частинами: розгортається чи згортається лише одне точка перегину на «складі».
Коли точки перегину розташовуються паралельно одне одному кожної з 15 «складок», клітинна мембрана впорядковано розгортається, у результаті «шия» інфузорії подовжується більш як 30 разів проти початкової довжини тіла мікроорганізму. Зворотний процес призводить до скорочення «шиї», вона повертається у вихідне положення.
За словами вчених, розтягування і скручування відбуваються завдяки волоскам, що б’ються, або війкам, які покривають всю поверхню клітини. Для цього хоч і потрібна енергія, але її потрібно зовсім небагато, оскільки клітинні мембрани легко згинаються.
Зараз Пракаш та Флаум працюють над створенням медичних роботів, які використовують «техніку розгинання» Lacrymaria olor. Зокрема, йдеться про мініатюрні пристрої, які зможуть швидко подовжуватися у вузькому просторі. Такі роботи були б надзвичайно корисними у мікрохірургії.