小小食肉微生物的脖子伸长了30倍 令人惊叹

研究人员发现，微生物Lacrymaria olor可以通过一种类似折纸的细胞结构将其颈部伸长至其长度的 30 倍。这种能力得益于折叠的细胞膜，为机器人学和材料科学提供了潜在的启示。

Lacrymaria olor"颈部 "伸展和缩回的并排对比图。研究人员发现，类似折纸的褶皱使这种变形成为可能，微管在其中确定了折叠褶皱。图片来源：普拉卡什实验室

这种微生物世界中的小猎手依靠将脖子伸长到体长的 30 倍来发动致命攻击，对于它来说，错综复杂的折纸状细胞几何结构是关键所在。

根据《科学》杂志上的一项新研究，这种几何形状使单细胞捕食者Lacrymaria olor 的颈状突起能够迅速过度伸展。这些发现不仅解释了L. olor的极端变形能力，而且有可能激发软物质工程或机器人系统设计方面的创新。

众所周知，单细胞原生生物具有实时动态形态变化的能力，包括细胞结构的巨大变化。这些生物需要承受巨大的应变和应变率才能完成这样的举动。其中一种名为L. olor 的原生动物会伸出类似颈部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 秒的时间内反复将这种突起伸展到 1200 微米，然后以同样快的速度缩回。

然而，产生L. olor极端过度伸展性的基本机制仍然未知。为了在亚细胞水平上观察这些机制，Eliott Flaum 和 Manu Prakash 结合使用了活体成像、共聚焦和透射电子显微镜。他们发现，类似折纸的分层皮层细胞骨架和膜结构使L. olor能够快速伸展和收缩。

研究结果表明，细胞膜被折叠成15个具有传导性的褶皱，这些褶皱共同构成了一种弯曲的折纸，可以依次展开，从而实现颈部快速、可重复的过度伸展。这种复杂的折叠方案以微管丝螺旋结构为支架，微管丝引导膜褶皱，确保在形状变化过程中快速高效地展开和重新折叠。

为了更好地了解其中的动力学原理，弗劳姆和普拉卡什开发了一个机械纸模型，模仿L. olor的弯曲折痕折纸结构。

莱昂纳多-戈迪略和恩里克-塞尔达在《视角》一文中对研究结果进行了更详细的讨论。

编译来源：ScitechDaily

参考资料：

DOI: 10.1126/science.adk5511

DOI: 10.1126/science.adn9351