细胞折纸的第一个例子

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导读 生活中有些东西,看了就再也离不开,斯坦福大学生物工程学副教授马努·普拉卡什(ManuPrakash)说道。他调出了一段视频,视频里是他最近着迷...

“生活中有些东西,看了就再也离不开,”斯坦福大学生物工程学副教授马努·普拉卡什(ManuPrakash)说道。他调出了一段视频,视频里是他最近着迷的单细胞生物Lacrymariaolor,这是他在玩他的纸质Foldscope时偶然发现的一种自由生活的原生生物。“它……简直……令人着迷。”

“从马努向我展示它的那一刻起,我就被这个细胞迷住了,”充满“好奇心”的普拉卡什实验室的研究生埃利奥特·弗劳姆(EliottFlaum)说。普拉卡什和弗劳姆在过去七年里一直在研究Lacrymariaolor的一举一动,最近在《科学》杂志上发表了一篇关于他们研究成果的论文。

“我第一次带回荧光显微照片时,简直惊呆了,”弗劳姆说。“那张照片已经发表在报纸上了。”

美丽而令人着迷的“L.olor”实际上是《科学》杂志的最新封面艺术。

普拉卡什排队的视频揭示了为什么这种生物不仅仅是一幅美丽的图画:一个泪滴状的细胞在池塘的一滴水中游动。一瞬间,一条细长的“脖子”从球状的下端伸出。它一直向前。然后,很快,脖子又缩了回去,好像什么事都没发生过一样。

几秒钟内,一个从头到尾只有40微米的细胞就长出了脖子,脖子伸出1500微米甚至更多。这相当于一个6英尺高的人将头伸出200多英尺。这一切都来自一个没有神经系统的细胞。

“这是一种极其复杂的行为,”普拉卡什笑着说。

L.olor登上了《科学》杂志的封面,因为Prakash和Flaum在这一行为中发现了生物学中一种前所未有的几何机制。他们是第一个解释如此简单的细胞如何能够一次又一次地在单细胞规模上产生令人难以置信的形态动力学、美丽的折叠和展开(即折纸)的人。

这是几何学。L.olor的行为被编码在其细胞骨架结构中,就像人类的行为被编码在神经回路中一样。

“这是细胞折纸的第一个例子,”普拉卡什说。“我们想把它称为lacrygami。”

具体来说,它是传统折纸的一个分支,被称为“曲线折纸”。它完全基于一种薄螺旋微管结构——包裹在细胞膜内的肋状物。这些微管肋状物被包裹在一层精致的透明膜中,形成了一系列山峰和山谷褶皱中的峰顶折痕图案。

Prakash和Flaum使用透射电子显微镜和其他先进的研究技术,证明了L.olor的细胞膜(一种细胞骨架)上确实有15条这种坚硬的螺旋状微管带。这些微管盘绕和展开,导致长距离伸出和缩回,像压缩螺旋手风琴的风箱一样嵌套在一起。膜的薄纱以整齐、轮廓分明的褶皱形式收进细胞内。

“当你以这种方式将褶皱储存在螺旋角上时,你可以储存无限量的材料,”弗劳姆解释说。“生物学已经解决了这个问题。”

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