Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Alger bruker sine "haler" til galopp og trav som firkanter

Anonim

Langt før det var fisk som svømte i havene, brukte små mikroorganismer lange, slanke vedlegg som heter cilia og flagella for å navigere i deres vannet. Nå viser ny forskning at arter av enkeldige alger koordinerer deres flagella for å oppnå et bemerkelsesverdig mangfold av svømmingsturer.

annonse


Når det gjelder firebensdyr som katter, hester og hjort, eller til og med mennesker, er begrepet ganggang kjent, men hva med unicellular grønne alger med flere lemmer som flagella? Den siste oppdagelsen, publisert i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences, viser at mikroalger kan til tross for deres enkelhet samordne deres flagella til hopping, trav eller galoppering også.

Mange gangarter er periodiske: om det er en stilig tur på en katt, en grasiøs galopp av en hest, eller det lekne springet av en springbok, er nøkkelen rekkefølgen eller sekvensen der disse lemmer er aktivert. Når springboks bøyer ryggen og spranget, eller "pronk", gjør de det ved å løfte alle fire beina samtidig høyt opp i luften, men når hestene trot er de diagonalt motsatte beina som beveger seg sammen i tide.

Hos vertebrater styres gangene av sentrale mønstergeneratorer, som kan betraktes som nettverk av nevrale oscillatorer som koordinerer produksjonen. Avhengig av samspillet mellom disse oscillatorene, produseres spesifikke rytmer, som matematisk sett viser visse spatiotemporale symmetrier. Med andre ord endres gangen ikke når et ben byttes med en annen - kanskje på et annet tidspunkt, si en kvartsyklus eller halv-syklus senere.

Det viser seg at de samme symmetrier også karakteriserer svømming av mikroalger, som er altfor enkle å ha nevroner. For eksempel kan mikroalger med fire flagella i ulike mulige konfigurasjoner trot, pronk eller galopp, avhengig av arten.

"Da jeg peered gjennom mikroskopet og så at algenen utførte to sett med perfekt synkroniserte brystslag, en etter hverandre, ble jeg overrasket, " sa papirets første forfatter, dr. Kirsty Wan fra Institutt for anvendt matematikk og teoretisk fysikk ( DAMTP) ved University of Cambridge. "Jeg innså straks at denne oppførselen bare kunne skyldes noe i cellen, i stedet for passiv hydrodynamikk. Så selvfølgelig for å bevise dette måtte jeg utvide artenes samling."

Forskerne bestemte seg for at det faktisk er nettene av elastiske fibre som forbinder flagellene dypt inne i cellen som koordinerer disse ulike gangene. I det enkleste tilfellet av Chlamydomonas, som svømmer et brystslag med to flagella, fører fraværet av en bestemt fiber mellom flagellene til ukoordinert slag. Videre forsettlig forhindring av slå av en flagellum i en alge med fire flagella har null effekt på sekvensen for å slå i resten.

Dette betyr imidlertid ikke at hydrodynamikk spiller ingen rolle. I nyere arbeid fra samme gruppe ble det vist at nærliggende flagell kan synkroniseres utelukkende av gjensidig vekselvirkning gjennom væsken. Det skiller seg mellom unicellular organismer som god koordinering av noen få flagler er avgjørende, og multicellulære arter eller vev som har en rekke cilia og flagella. I sistnevnte tilfelle er hydrodynamiske interaksjoner mye viktigere.

"Som fysikere er vårt instinkt å oppsøke generaliseringer og universelle prinsipper, men biologien gir oss ofte mange fascinerende moteksempler, sier professor Ray Goldstein, Schlumberger professor i Complex Physical Systems ved DAMTP, og senior forfatter av papiret. "Hittil har det vært mange konkurrerende teorier om flagellær synkronisering, men jeg tror vi endelig får mening om hvordan disse forskjellige organismer gjør best utnyttelse av det de har."

Funnene gir også spennende spørsmål om utviklingen av kontrollen av perifere appendager, som i første omgang må oppstå i disse primitive mikroorganismer.

Denne undersøkelsen ble støttet av et Neville Research Fellowship fra Magdalene College, og en Senior Investigator Award fra Wellcome Trust.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av University of Cambridge . Den opprinnelige historien er lisensiert under en Creative Commons License. Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. Kirsty Y. Wan, Raymond E. Goldstein. Koordinert slag av alg flagella er formidlet av basal kobling . Prosedyrene ved Det nasjonale vitenskapsakademiet, 2016; 201518527 DOI: 10.1073 / pnas.1518527113