Реснички — один из прекрасных универсальных инструментов природы. Крошечные, похожие на волосы волокна выступают из клеточных мембран и выполняют всевозможные задачи у самых разных существ, от помощи в удалении мусора из легких человека до возможности плавать одноклеточным организмам. Теперь физики из Университета Брауна открыли кое-что, что может помочь ученым понять, как реснички были адаптированы для стольких разнообразных задач.В исследовании, проведенном аспирантом Ильонгом Юнгом, изучались реснички одноклеточного парамеция, обитающего в воде.
Парамеции покрыты ресничками, которые бьют, как тысячи крошечных весел, толкая существ по воде. В то же время реснички вокруг «ротовой борозды» парамеции уносят питательные вещества внутрь, обеспечивая жизненно важное питание.
Проведя серию экспериментов, исследователи показали, что реснички оральной борозды, по-видимому, имеют другие молекулярные двигатели, чем остальные реснички парамеций.«Это первый раз, когда кто-либо продемонстрировал два двигательных поведения ресничек в одной клетке», — говорит Джеймс Валлес, председатель факультета физики Брауна и один из старших авторов статьи. Валлес надеется, что проведя небольшое дополнительное исследование, это открытие может пролить свет на молекулярные механизмы, ответственные за эти два моторных поведения.
«Эти двигатели ведут себя по-разному в этих двух местах одной камеры», — сказал Валлес. «Мы надеемся, что теперь мы сможем начать разделять их, может быть, мы сможем выяснить, что вызывает эти различия в поведении. Это могло бы помочь нам понять, почему реснички могут быть настолько повсеместными».Результаты опубликованы в выпуске Biophysical Journal от 7 января 2014 года.
Исследователи исследовали поведение ресничек, манипулируя вязкостью жидкости, в которой плавали парамеции.
Используя мощные микроскопы и высокоскоростные камеры, они наблюдали, как ведут себя реснички при различной вязкости, начиная с вязкости простой воды и увеличиваясь в семь раз.Они обнаружили, что по мере увеличения вязкости реснички, используемые для плавания, замедляются. Увеличение вязкости вдвое замедлило движение ресничек примерно наполовину. Но это было не так для ресничек оральной бороздки; они почти не замедлились при изменении вязкости.
При вязкости в семь раз больше, чем у воды, реснички ротовой борозды замедлились всего примерно на 20 процентов.Морфологически два набора ресничек в основном идентичны. Это означает, что различия в их движении должны исходить от двигателей, которые ими управляют, говорят исследователи.
Теперь, когда они выделили два разных моторных поведения в одном организме, исследователи могли бы посмотреть, какие факторы определяют эти различия.«Теперь у нас есть эти два двигателя в одной ячейке, которые мы можем сопоставить», — сказал Валлес. «Есть ли у них в наличии разные молекулы или разные концентрации молекул, которые управляют их движением?
Мы изучаем именно такие вопросы».Эти вопросы потребуют более подробного изучения.
Чтобы помочь, физики заручились помощью коричневого биолога Аниты Циммерман. «Мы надеемся научиться удерживать парамеции, чтобы мы могли более внимательно наблюдать за ними при различных обработках — с разными химическими веществами или схемами потока», — сказал Валлес.Это последнее исследование помогло заложить основу для будущей работы, которая могла бы помочь объяснить, как эти крошечные волокна стали настолько адаптируемыми.«Биологи называют [реснички]« высококонсервативными органеллами », потому что они обнаруживаются в очень многих разных организмах и делают это в широком диапазоне», — сказал Валлес. «Мы надеемся, что это может немного приподнять крышку и помочь нам понять, как они это делают».Исследование было поддержано Национальным научным фондом.
Томас Пауэрс, профессор физики и инженерии, был автором статьи вместе с Юнгом и Валлесом.