Представьте, если бы ваша шея была настолько вытянутой, что ваша голова могла бы дотянуться до местного магазина, пока вы сидите на диване. Это было бы человеческим эквивалентом того, что может сделать один одноклеточный хищник – и теперь давняя загадка того, как он может удлинить свою «шею» более чем в 30 раз длиннее своего «тела», решена (видео можно посмотреть ниже).
Клеточная мембрана этого организма свернута в серию складок, которые могут разворачиваться и переворачиваться только одним способом, как обнаружили Элиот Флаум из Стэнфордского университета и ее коллега Ману Пракаш, что позволяет ей расширяться и переворачиваться, не превращаясь в запутанный беспорядок. «Большую часть этого мы выяснили, играя с листом бумаги», — говорит Пракаш.
Lacrymaria olor — это одноклеточный организм, или простейший, который живет в пресной воде и охотится на добычу с помощью своего необычайно вытянутого шейного выступа. Его название означает «слеза лебедя» из-за его лебединой шеи и тела в форме слезы.
Хотя клеточные мембраны очень гибкие, они не эластичны и не могут растягиваться. Таким образом, как L. olor вытягивает свою шею на такую большую длину, остается загадкой с тех пор, как его впервые увидели под микроскопом в 16 веке. «Мы сравнили его со многими другими организмами, и в этом расширении он на порядки больше», — говорит Пракаш. «Это загадка».
Он и Флаум были заинтригованы, когда увидели L. olor в образцах, собранных ими в болоте шесть или семь лет назад, и решили разгадать тайну. Флаум использовал ряд различных методов, чтобы визуализировать внешнюю структуру L. olor и ее внутренний цитоскелет, состоящий из структур, называемых микротрубочками. «Мы пробовали разные способы взглянуть на это, чтобы понять, что происходит», — говорит она.
Это показало, что клеточная мембрана L. olor сложена в 15 складок, и каждая складка закручивается вокруг клетки, образуя спиральную структуру. Пракаш называет этот узор складывания «оригами с изогнутыми складками» или «Лакригами».
Но как L. olor разворачивает и переворачивает этот огромный участок клеточной мембраны, не запутываясь? Пракаш и Флаум выяснили, что из-за того, что складки стабилизируются полосами связанных с ними микротрубочек, вся складка не может развернуться целиком. Вместо этого в любой момент времени может развернуться или снова развернуться только одна точка сгиба.
Когда эти точки движутся параллельно вверх по каждой из 15 складок, клеточная мембрана упорядоченно разворачивается, расширяя шейку. Обратный процесс укорачивает шею.
«Вместо того, чтобы складывать в случайном порядке, как если бы вы смяли бумагу, у него есть направляющая, по которой он каждый раз складывается одинаково», — говорит Флаум.
По словам Пракаша, сворачивание и раскладывание происходит за счет бьющихся волосков или ресничек, которые покрывают всю поверхность клетки. В отличие от пружины, для разворачивания и повторного складывания ему требуется энергия, но ее требуется совсем немного, поскольку клеточные мембраны легко сгибаются.
Насколько ему известно, никто раньше не обнаруживал эту схему складывания. «Когда мы это выяснили, я всегда думал, что кто-нибудь, играя с бумагой, обнаружил бы это оригами», — говорит Пракаш. «Это довольно просто». По его словам, любой может сделать это с помощью листа бумаги и скотча.
«Умный дизайн его шеи в технике оригами делает реснички эффективными для скоростной охоты на дальние дистанции», — пишут Леонардо Гордильо и Энрике Серда из Университета Сантьяго в Чили в сопроводительной статье. «Механизм выступания, похожий на оригами, выявленный Флаумом и Пракашем, может вдохновить на новые стратегии в области инженерии мягких материалов».
Действительно, Пракаш и Флаум сейчас работают над разработкой медицинских роботов на базе «Лакригами». «Если бы у вас был маленький микроробот в очень маленьком пространстве, и он мог бы внезапно расширяться, это было бы чрезвычайно полезно в микрохирургии», — говорит он. «Но мы проделали эту работу, потому что она просто прекрасна и загадка, которую нужно разгадать. Мы даже не думали, что это может быть каким-либо образом полезно».
