A sejtes origami első példája, amelyet egy protistákon fedeztek fel | EatchbQ

A sejtes origami első példája, amelyet egy protistákon fedeztek fel

Ezt a cikket a Science X’s szerint felülvizsgálták szerkesztési folyamat
és irányelveket.
Szerkesztők a következő jellemzőket hangsúlyozta, és egyben biztosította a tartalom hitelességét:

tényekkel ellenőrizve

lektorált kiadvány

megbízható forrás

lektorált


A Lacrymaria olor egymás melletti összehasonlítása, egy figyelemre méltó csillós, kinyújtott és behúzott “nyakával”. A tudósok felfedezték, hogy az origami-szerű redők lehetővé teszik ezt a morfiumot, ahol mikrotubulusok határozzák meg a redőt. hitel: Prakash Lab

× Bezárás


A Lacrymaria olor egymás melletti összehasonlítása, egy figyelemre méltó csillós, kinyújtott és behúzott “nyakával”. A tudósok felfedezték, hogy az origami-szerű redők lehetővé teszik ezt a morfiumot, ahol mikrotubulusok határozzák meg a redőt. hitel: Prakash Lab

A mély kíváncsiság és a “rekreációs biológia” ötvözésével a stanfordi kutatók felfedezték, hogy egy egyszerű sejt rendkívül összetett viselkedést produkál, mindezt idegrendszer nélkül. Origami, mondják.

“Vannak dolgok az életben, amit láthatsz, de aztán soha nem” – mondta Manu Prakash, a Stanford Egyetem biomérnöki docense, és előhívott egy videót legújabb elbűvölőjéről, a Lacrymaria olor egysejtű szervezetről, egy szabadon élő protisztáról. . történetesen a papírjával játszott Összecsukható távcső. – Ez… egyszerűen… lenyűgöző.

“Attól a pillanattól kezdve, hogy Manu megmutatta nekem, egyszerűen áthatott ez a sejt” – mondta Eliott Flaum, a “kíváncsiság által vezérelt” Prakash Lab végzős hallgatója. Prakash és Flaum az elmúlt hét évben Lacrymaria olor minden lépésének tanulmányozásával töltötte a publikációkat. Egy papír a munkájukról Tudomány.

“Az első alkalommal, amikor fluoreszcens mikrográffal tértem vissza, lélegzetelállító volt” – mondta Flaum. – Az a kép ott van az újságban.

A Prakash sorban álló videóból kiderül, hogy ez az organizmus miért több egy szép képnél: egyetlen könnycsepp alakú sejt, amely egy csepp vízben úszik. A hagymás alsó végéből egy pillanat alatt kinyúlik egy hosszú, vékony “nyak”. És folytatódik. És megy. Aztán a nyak ugyanolyan gyorsan visszahúzódik, mintha mi sem történt volna.

Egy mindössze 40 mikronos, csúcstól farokig terjedő sejtből másodpercek alatt kihajtott egy nyak, amely 1500 mikron vagy annál nagyobb mértékben nyúlt a világba. Ez annyi, mint egy 6 láb magas ember, aki több mint 200 lábra kinyújtja a fejét. Mindezt egy idegrendszer nélküli sejtből.

“Ez egy hihetetlenül összetett viselkedés” – mondta Prakash mosolyogva.


Nagy sebességű sejtmegnyúlás összehúzódott állapotból megnyúlt állapotba. Jó hír: Eliott Flaum et al

A forma funkció

L. olor is benne van Tudomány mert ebben a viselkedésben Prakash és Flaum egy új, a biológiában korábban ismeretlen geometriai mechanizmust fedeztek fel. És ők az elsők, akik elmagyarázzák, hogyan képes egy ilyen egyszerű sejt ilyen hihetetlen morfodinamikat, gyönyörű hajtogatást és kibontást – origaminak is nevezni – egyetlen cella méretében, időről időre hiba nélkül produkálni.

Ez a geometria. A L. olor viselkedését a citoszkeletális szerkezete kódolja, ahogy az emberi viselkedést is az idegi áramkörök kódolják.

“Ez az első példa a cellás origamira” – mondta Prakash. – Azon gondolkodunk, hogy könnycseppnek nevezzük.

Pontosabban, ez a hagyományos origami egy részhalmaza, az úgynevezett “hajlított-göndörített origami”. Az egész vékony, spirális mikrotubulusok szerkezetén alapul – bordák, amelyek a sejt membránja köré tekerednek. Ezeket a mikrotubulus bordákat egy finom, áttetsző membrán zárja be, amely meghatározza a hegyek és völgyek közötti redők sorozatában a címerek összehajtási mintáját.

Prakash és Flaum transzmissziós elektronmikroszkópiát és más fejlett vizsgálati technikákat használt annak kimutatására, hogy valójában 15 ilyen merev, spirális mikrotubulus sáv létezik, amelyek behálózzák a L. olor sejtmembránját – egy citoszkeletont. Ezek a tubulusok fel- és letekerednek, ami hosszú kivetüléshez és visszahúzódáshoz vezet, és visszahajlik önmagukra, mint egy összenyomott spirális harmonika fújtatója. A membrán gossamerje takaros, jól meghatározott redőkben elrejtőzik a sejt belsejében.

“Ha rétegeket tárol a spirális szögben, végtelen mennyiségű anyagot tárolhat” – magyarázta Flaum. – A biológia rájött erre.


Hajlított hajtogatott origami sorozatos kibontása. Köszönetnyilvánítás: Eliott Flaum et al

A geometria a sors

Az elegancia benne van az egyenletben. Matematikailag lehetetlen, hogy ez a szerkezet más módon bontakozzon ki – és fordítva, csak egy módon tud visszahúzódni. Ami Prakash számára talán feltűnőbb, az az építészet robusztussága. Élete során az L. olor hibátlanul 50 000 alkalommal hajtja végre ezt a vetítést és visszahúzást, mondta: “Az L. olor geometriája megköveteli, hogy ezen a módon hajtson és bontsa ki.”

A kulcs egy kevéssé tanulmányozott matematikai jelenség, amely pontosan azon a ponton következik be, ahol a bordák megcsavarodnak, és a hajtogatott membrán elkezd kibontakozni. Ez egy szingularitás – egy olyan pont, ahol a szerkezet egyszerre hajtódik és bontódik ki. Mindkettő és egyik sem – egyes szám.

Prakash megragad egy darab papírt, kúp alakúra hajtogatja, majd meghúzza a papír egyik sarkát, hogy bemutassa, hogyan mozog ez a szingularitás (úgynevezett d-kúp) a lapon egy szép vonalban – és a sarkot hátranyomva, hogy a szingularitás pontosan ugyanúgy mozog vissza eredeti helyzetébe.

“Minden alkalommal kibontakozik és összehajt ezen a szingularitáson, és vezérlőként működik. Ez az első alkalom, hogy a viselkedés geometriai szabályozását írják le élő sejtben” – magyarázta Prakash.

Szabadidő biológia

A Prakash Lab munkáját állandóan végighúzó téma a csodálkozás és a játékosság mély érzése, amely azt az energikus kíváncsiságot eredményezi, amely egy ilyen ötlet hosszú távú megvalósításához szükséges. Ez, Prakash kifejezésével élve, régi iskola tudomány. Rekreációs biológiának is nevezi.

Inspirációjának bizonyítására Prakash megmutatta más egysejtű szervezetek családfáját, amelyeket tanulmányozására választott. Igaz, senki sem tehet arról, amit L. olor – mondta. De ezek a bonyolult geometriák több ezer formában jelennek meg. Gyönyörű? Persze, de mindegyikük csodálatos és íratlan szabályokat is rejt az ingujja alatt.

„Egy fejtörővel kezdtük” – magyarázta Prakash olyan komolysággal, amit egy tudós tud. “Ellie-vel egy nagyon egyszerű kérdést tettünk fel: honnan származik ez az anyag? És hová kerül? Az Életfát választottuk játszóterünknek. Hét évvel később itt vagyunk.”

Ami a gyakorlati alkalmazásokat illeti, Prakash mérnök már a mikroméretű bevethető “élőgépek” új korszakát képzeli el, amelyek az űrteleszkópoktól a műtőben található miniatűr sebészeti robotokig mindent átalakíthatnak.

Prakash emellett a Stanford Woods Institute for the Environment főmunkatársa, a biológia és óceánok docense (jóvoltából), a Stanford Bio-X, a Wu Tsai Human Performance Alliance, az Anya- és Gyermekegészségügyi Kutatóintézet tagja, és a Wu Tsai Neurosciences Institute.

Több információ:
Eliott Flaum és munkatársai: Az ívelt ráncos origami és a topológiai szingularitások lehetővé teszik a L. olor túlnyúlását, Tudomány (2024). DOI: 10.1126/science.adk5511. www.science.org/doi/10.1126/science.adk5511

A folyóirat információi:
Tudomány


Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *