Тянущийся к углам одноклеточный микроорганизм демонстрирует чувство геометрии

Фото из открытых источников

Вид простейших, называемый Stentor coeruleus, по-видимому, ориентируется в пространстве, воспринимая физические формы — открытие, которое предполагает, что даже самые простые формы жизни могут использовать геометрию для выживания. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Stentor coeruleus, длина которого составляет всего один миллиметр, является видом простейших из семейства Stentoridae.

«Stentor coeruleus демонстрирует сложное поведение, переключаясь между свободным плаванием и прикреплением к субстрату», — сказал соавтор исследования Сюн Эчигоя из Университета Хоккайдо. 

В состоянии плавания голубое ядро (Stentor coeruleus) генерирует движущую силу главным образом за счет волосоподобных органелл, называемых мембранеллярными полосами, расположенных вокруг передней части.

Клетка исследует пространство, изменяя свою траекторию в ответ на световые и химические сигналы. Во время плавания голубое ядро (Stentor coeruleus) постепенно удлиняется, приобретая форму трубы, и прикрепляется к субстрату с помощью якорного органа на своем заднем конце.

«Закрепленный Stentor coeruleus также генерирует внешние вихревые потоки через мембранеллярную полосу, образуя ротовой аппарат для захвата бактерий и мелких инфузорий в качестве пищи. В то же время привязанность может увеличить риск нападения хищников», — отмечают ученые. «Таким образом, выбор мест прикрепления в неоднородной среде может представлять собой важное поведенческое поведение у Stentor coeruleus».

В рамках своего исследования Эчигоя и его коллеги разработали крошечные камеры с точно контролируемой формой, имитирующие структуры, с которыми микроорганизмы сталкиваются в естественной водной среде.

Некоторые камеры имели гладкие, плоские поверхности, в то время как другие отличались ребрами, углами и узкими пространствами, напоминающими закоулки.

«Мы систематически изменяли геометрические характеристики, такие как угол наклона углов и глубина, чтобы создать различные варианты мест крепления», — сказал Эчигоя. «Затем мы провели количественный анализ поведения микроорганизмов, используя видеозаписи, дополненные численным моделированием».

Наблюдаемые исследователями движения были далеки от случайных.

Сначала клетки свободно плавали, исследуя окружающую среду. Но по мере приближения к поверхности их поведение менялось.

Их тела незаметно изменили свою асимметричную форму, и они начали скользить по стенам, используя скоординированное биение волосоподобных структур, называемых ресничками.

Постепенно они перемещались в более узкие, угловатые пространства. Оказавшись там, они прочно прикреплялись к поверхности.

«Мы были удивлены тем, насколько эффективна эта минимальная стратегия», — сказал Эчигоя. «Волнистый отросток не нуждается в распознавании структур в когнитивном смысле. Простым изменением формы корпуса оно может физически взаимодействовать с поверхностями, чтобы найти подходящие угловые места для крепления».

«Эти результаты свидетельствуют о том, что даже незначительные физические особенности природной среды могут оказывать большое влияние на то, где обитают микроорганизмы и как они распространяются», — сказал соавтор исследования Юкинори Нисигами из Университета Хоккайдо. «На микроскопическом уровне ландшафты полны мелких трещин и укромных мест. Способность находить и обосновываться в этих защищенных нишах может помочь объяснить, как микроорганизмы выживают, перемещаются и формируют сообщества».