发布日期: 2024年06月19日
来源:Science
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研究人员发现,通过一种类似折纸的细胞结构,这种微生物可以将脖子伸长至自身长度的30倍。折叠的细胞膜促进了这种能力,为机器人和材料科学提供了潜在的有用见解。
对于微生物世界的微小猎人来说,依靠将脖子伸展到身体长度的30倍来释放致命的攻击,复杂的折纸状细胞几何结构是关键。
根据发表在《Science》杂志上的一项新研究,这种几何形状使得单细胞捕食者Lacrymaria olor的脖子状突起能够快速超伸展。这些发现不仅解释了L. olor的极端变形能力,而且还具有激发软物质工程或机器人系统设计创新的潜力。
单细胞原生生物以其实时动态形态变化的能力而闻名,包括细胞结构的大转变。这些生物经历了巨大的应变和应变速率来完成这些壮举。其中一种原生生物,L. color,伸出脖子状的突起来捕捉远处的猎物。这种微小的40微米单细胞生物可以在不到30秒的时间内反复拉伸到1200微米,然后迅速收回。
然而,产生L. olor的极端超扩展性的潜在机制仍然未知。为了在亚细胞水平上观察这些机制,Eliott Flaum和Manu Prakash使用了实时成像、共聚焦和透射电子显微镜的组合。他们发现一种折纸状的层状皮质细胞骨架和膜结构使L. olor的快速伸展和收缩。
根据研究结果,细胞膜被折叠成15个具有传染性的褶,这些褶合在一起,形成了一个弯曲的折纸,可以顺序地展开线轴,从而快速、可重复地拉伸颈部。这种复杂的折叠方案是建立在微管丝的螺旋结构上的,微管丝引导膜折痕,以确保在形状变化过程中快速有效地展开和再折叠。
为了更好地理解其中的动力学,Flaum和Prakash开发了一种机械纸模型,模仿L. olor的弯曲折纸结构。
“Curved crease origami and topological singularities enable hyperextensibility of L. olor” by Eliott Flaum and Manu Prakash, 7 June 2024, Science.
“A tiny, long-distance hunter: Lacrymaria olor cytoskeleton and membrane “origami” enables rapid cell hyperextension” by Leonardo Gordillo and Enrique Cerda, 6 June 2024, Science.
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