Išlenktas raukšlė

Vienos ląstelės protistai pasižymi puikia formų įvairove ir atlieka daugybę funkcijų, įskaitant gyvą grobį medžioklę dinaminėje aplinkoje.Lacrymaria Olor, grobuoniškas ciliatas, medžioja savo grobį, paleisdama karolių proboscis, kuris gali grįžti daugiau nei 30 kartų didesnis nei originalus kūno ilgis<30 s and perform this task repeatably (more than 20,000 times in its life cycle). Such large-scale morphodynamics-an ability to shapeshift in real time-can be quantified by the large strain and strain rate seen in a single cell. Fundamental limits of morphodynamics and how geometry encodes behavior in single cells remain largely unknown.

Protistai demonstruoja nepaprastas strategijas, kaip klestėti beveik visose mūsų planetos ekologinėse nišose, nuo giliavandenių jūros iki mūsų upių upelių. Nors santykis tarp formos ir funkcijos yra biologinių tyrimų pagrindas, mes vis dar turime prastą supratimą, kai reikia paaiškinti sprogstamąją protistų morfologinę įvairovę. Taikydami geometrijos objektyvą, mes ištyrėme ryšį tarp formos ir funkcijos ikoniniame, formuojančiame protiste,L. Olor, kuris, kaip žinoma, užfiksuoja grobį per ultralongo karolių proboscis dinamiką. Atsiradus įvairioms pažangiausioms vaizdo gavimo priemonėms, mes pažymėjome tarpląstelinius komponentus, tokius kaip žievės citoskeletas ir šios ląstelės membranos architektūra, sugauta įvairiose morfologinėse būsenose, įskaitant sutartį ir išplėstinę būseną. Kadangi geometrija neturi skalės, esminės sujungtos citoskeleto-membranos architektūros savybės gali būti užfiksuoti pagal dydį fizinio origami modelį. Šiame darbe mes parodome, kaip šios geometrijos topologiniai išskirtinumai gali kontroliuoti fizinę ląstelės transformaciją. Karoliško išsikišimo per ląstelių skalę origami dislokavimas yra vienas didžiausių deformacijų ir pratęsimo greičių, stebimų vienoje ląstelėje.

Palyginome didžiausią žinomą deformacijų ir deformacijų greitį vienos ląstelės morfodinamikoje ir nustatėmeL. Olorkaip pašalinis. Atliekant didelės skiriamosios gebos vaizdus, ​​mes sužinojome, kad šį linijinį pratęsimą palaiko spiralė žievės citoskeleto architektūra, sudaryta iš mikrotubulų juostų, sluoksniuotų keliuose sluoksniuose, formuojančiuose membranos klebes. Ši konkreti geometrija kaupia tiek membraną, tiek mikrotubulų gijas, reikalingas greitai dislokuoti ilgą proboscį, sudarydamas išlenktą raukšlę origami. Staigus perėjimas tarp sulankstytos ir išskleistos būsenos šioje išlenktoje raukšlėje ląstelių origami kontroliuojamas dviejų topologinių išskirtinumų: „d-kaukimo“ (kūrimo kūgio) ir mikrotubulų juostos „pasukimo išskirtinumo“. Mes taip pat sukūrėme šio origami modelį, kad paaiškintume, kaip sujungta D-cone ir Twist Traversal dinamika lemia šio dislokuojamo origami nefinino pobūdį (rišimą). Mūsų darbas atskleidžia, kaip topologiniai išskirtinumai gali būti naudojami ląstelėje, norėdama kontroliuoti tarpląstelinių komponentų dislokavimą ir atsisakyti įkūnyto elgesio kontrolės pobūdžio per šią ciliją.

Kadangi naujausi tyrimai ir toliau pabrėžia svarbius ekologinius protistų vaidmenis, tapo kritiška norint suprasti sudėtingo elgesio iš šių nuostabių atskirų ląstelių kilmę. Buvo dedama daug pastangų, siekiant nustatyti šių ląstelių genetinę įvairovę, tačiau mes vis dar labai mažai žinome apie morfologinę (geometrinę) įvairovę ir jos funkciją protistuose. Atvaizduojant tarpląstelinę citoskeleto geometrijąL. Olor, Mes atskleidėme geometrinę ekstremalios morfingumo elgesio kontrolę vienoje ląstelėje. Kaip gyvas mikrotubulų rašomo lenktų raukšlių origami pavyzdys, mūsų gilesnis šios struktūros supratimas atveria naujas duris, skirtas sintezei citoskeleto pagrindu pagamintų bioinžinerinių medžiagų, turinčių transformuojamų savybių, tokių kaip dislokavimas. Mūsų darbas taip pat suteikia tiesioginį įkvėpimą diegti mikrorobotiką ir lengvos erdvės architektūrą. Mūsų ieškojimai, kurių ieškojome, kad agentūra ir įterpta mikrorobotikos kontrolė gali būti paslėpti akivaizdžiai, atsižvelgiant į protistų geometrinę įvairovę.