小小食肉微生物的脖子伸長了30倍令人驚嘆
研究人員發現，微生物Lacrymaria olor可以透過一種類似摺紙的細胞結構將其頸部伸長至其長度的30 倍。這種能力得益於折疊的細胞膜，為機器人學和材料科學提供了潛在的啟示。
Lacrymaria olor”頸部”伸展和縮回的並排對比圖。研究人員發現，類似摺紙的褶皺使這種變形成為可能，微管在其中確定了折疊褶皺。圖片來源：普拉卡什實驗室
這種微生物世界中的小獵手依靠將脖子伸長到體長的30 倍來發動致命攻擊，對它來說，錯綜複雜的摺紙狀細胞幾何結構是關鍵所在。
根據《科學》雜誌上的一項新研究，這種幾何形狀使單細胞捕食者Lacrymaria olor 的頸狀突起能夠迅速過度伸展。這些發現不僅解釋了L. olor的極端變形能力，而且有可能激發軟物質工程或機器人系統設計的創新。
眾所周知，單細胞原生生物具有即時動態形態變化的能力，包括細胞結構的巨大變化。這些生物需要承受巨大的應變和應變率才能完成這樣的舉動。其中一種名為L. olor 的原生動物會伸出類似頸部的突起來捕捉遠處的獵物。這種微小的40 微米單細胞生物可以在不到30 秒的時間內反覆將這種突起伸展到1200 微米，然後以同樣快速的速度縮回。
然而，產生L. olor極端過度伸展性的基本機制仍未知。為了在亞細胞層面上觀察這些機制，Eliott Flaum 和Manu Prakash 結合使用了活體成像、共聚焦和透射電子顯微鏡。他們發現，類似摺紙的分層皮質細胞骨架和膜結構使L. olor能夠快速伸展和收縮。
研究結果表明，細胞膜被折疊成15個具有傳導性的褶皺，這些褶皺共同構成了一種彎曲的摺紙，可以依次展開，從而實現頸部快速、可重複的過度伸展。這種複雜的折疊方案以微管絲螺旋結構為支架，微管絲引導膜褶皺，確保在形狀變化過程中快速且有效率地展開和重新折疊。
為了更了解其中的動力學原理，弗勞姆和普拉卡什開發了一個機械紙模型，模仿L. olor的彎曲摺痕摺紙結構。
萊昂納多-戈迪略和恩里克-塞爾達在《視角》一文中對研究結果進行了更詳細的討論。
編譯來源：ScitechDaily
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