世界

単細胞捕食動物が折り紙の助けを借りて「首」を伸ばす

2本のマイクロピペットで生物を保持し、「首」を伸ばすエリオット・フラウムとマヌ・プラカシュ/スタンフォード大学 ソファに座ったまま、首が近所のお店に届くくらいに伸びるとしたらどうだろう。それは、単細胞の捕食動物ができることを人間で表現したものになる。そして今、その動物がどのようにして「首」を「体」の長さの30倍以上に伸ばすことができるのかという長年の謎が解明された。 この生物の細胞膜は一連のひだに折り畳まれており、一方向にしか広げたり折り畳んだりできないことを、スタンフォード大学のエリオット・フラウム氏と同僚のマヌ・プラカシュ氏が発見した。これにより、細胞膜は絡まった状態になることなく、広げたり折り畳んだりできるのだ。「私たちは、このことのほとんどを、一枚の紙で遊んで理解しました」とプラカシュ氏は言う。 ラクリマリア・オロール 淡水に生息し、非常に伸びる首のような突起で獲物を狩る単細胞生物、または原生生物です。白鳥のような首と涙型の体にちなんで、その名前は「白鳥の涙」を意味します。 細胞膜は非常に柔軟ですが、弾力性はなく伸びません。では、 L.匂い 首がこれほど長く伸びる理由は、16世紀に初めて顕微鏡で観察されて以来、謎のままでした。「他の多くの生物と比較しましたが、首の伸びは桁違いに長いのです」とプラカシュ氏は言います。「それが謎なのです。」 彼とフラウムは、 L.匂い 6、7年前に沼地から採取したサンプルに、この謎を解くために研究が行われた。フラウムは、さまざまな技術を使って、 L.匂い そして、その内部の細胞骨格は、微小管と呼ばれる構造でできています。「何が起こっているのかを理解するために、私たちはさまざまな方法で観察してみました」と彼女は言います。 これにより、 L.匂い 15 個のプリーツに折り畳まれ、各プリーツが細胞の周りを螺旋状に巻き、らせん構造を形成します。プラカシュ氏はこの折り畳みパターンを「湾曲した折り目折り紙」または「ラクリガミ」と呼んでいます。 しかし、 L.匂い 細胞膜のこの広大な領域を、絡まることなく広げたり折り畳んだりできるのでしょうか? プラカシュとフラウムが解明したのは、プリーツはそれに接続された微小管の帯によって安定化されているため、折り目全体が一度に広がることはないということです。その代わり、折り目の 1 点だけが、いつでも広がったり折り畳まれたりすることができます。 これらの点が 15 本のしわのそれぞれに沿って平行に移動するにつれて、細胞膜が整然と展開し、首が伸びます。このプロセスを逆にすると、首は短くなります。 「紙をくしゃくしゃに折るときのようにランダムに折るのではなく、毎回同じように折るためのガイドレールが付いています」とフラウム氏は言う。 プラカシュ氏によると、細胞が折り畳まれたり開いたりする動きは、細胞の表面全体を覆う繊毛の拍動によって行われる。バネと違って、繊毛は折り畳み直すのにも広げるのにもエネルギーを必要とするが、細胞膜は簡単に曲がるため、必要なエネルギーはごくわずかだ。 彼が知る限り、この折り方をこれまで発見した人はいない。「このことを発見したとき、私はいつも、紙で遊んでいる誰かがこの折り紙を発見しただろうと思っていました」とプラカシュ氏は言う。「とても簡単です」。紙とテープがあれば誰でも作れると彼は言う。 「首の巧妙な折り紙のようなデザインにより、繊毛は高速で長距離の狩りに効果的です」と、チリのサンティアゴ大学のレオナルド・ゴルディージョとエンリケ・セルダは付随記事で書いています。「フラウムとプラカシュが特定した折り紙のような突起機構は、ソフトマター工学における新しい戦略を刺激する可能性があります。」 実際、プラカシュ氏とフラウム氏は現在、「ラクリガミ」をベースにした医療用ロボットの開発に取り組んでいる。「非常に狭い空間に小さなマイクロロボットがあって、それが突然伸びることができれば、マイクロサージェリーに非常に役立つでしょう」と同氏は言う。「しかし、私たちがこの研究をしたのは、それがただ美しく、謎を解くのが難しかったからです。それが何らかの形で役立つとは思っていませんでした。」 トピック： #単細胞捕食動物が折り紙の助けを借りて首を伸ばす