Одноклеточный организм использует внутренний «компьютер» для ходьбы

Одноклеточный организм Euplotes eurystomus способен к быстрой ходьбе, используя простую механическую систему для координации своих микроскопических «ног». К такому выводу пришли исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF), опубликовавшие результаты 22 сентября 2022 года в журнале Current Biology.

Необычная походка без мозга

У Euplotes 14 ногоподобных выростов, каждый из которых состоит из пучков ресничек. Исследователи впервые показали, что внутренние связи между этими ресничками контролируют их движения, позволяя ногам двигаться только в определённых паттернах и последовательностях. При нарушении этих связей движения становятся менее продуктивными — клетки часто начинают кружиться, а не идти по прямой.

Механизм на основе микротрубочек

Внутри каждого выроста находятся длинные белковые филаменты, состоящие из микротрубочек — основного компонента цитоскелета. Ранее считалось, что они выполняют лишь структурную роль. Однако эксперименты показали, что при разрушении микротрубочек с помощью препарата или иглы ходьба Euplotes нарушается, становясь хаотичной.

Анализ видео с частотой 33 кадра в секунду позволил выявить 32 различных «состояния походки» (комбинации движений ног) и логическую последовательность их смены.

Принцип механического компьютера

Совместно с компьютерными специалистами учёные создали модель, показывающую, как напряжение и деформация в филаментах могут диктовать, какие состояния походки возможны в каждый момент. Эта система напоминает кинетическую скульптуру Strandbeest, которая ходит и реагирует на среду.

«То, что выросты Euplotes переходят из одного состояния в другое не случайным образом, означает, что эта система подобна примитивному компьютеру», — пояснил ведущий автор работы Уоллес Маршалл.

Это открытие демонстрирует принципиально новый, механический способ, с помощью которого клетка может контролировать своё внутреннее состояние, что может быть важно для понимания вычислительных процессов и в других типах клеток.