Микроб за считаные секунды вытягивает «шею» в 30 раз длиннее тела

Одноклеточный организм Lacrymaria olor — один из самых оригинальных и поразительных охотников на планете. Микроб имеет тело овальной формы размером всего 40 микрометров, на конце которого имеется едва заметный выступ. Однако стоит потенциальной добыче показаться поблизости, «шея» одноклеточного охотника в пару секунд становится… в 30 раз длиннее тела. За эту удивительную способность микроб был назван Лох-Несским чудовищем.

Это просто чудо!

Ученые много раз наблюдали за тем, как L. olor мгновенно вытягивает «шею». Однако понять, как при столь невероятном растяжении одноклеточному организму удается не разорвать собственную клеточную мембрану, никак не получалось. Микробиологи подозревали, что тело микроба должно где-то хранить дополнительную длину охотничьего «устройства», но вот где и как, оставалось большой загадкой.



Но теперь Элиотт Флаум и Ману Пракаш из Стэнфордского университета, похоже, разгадали интригующую тайну. Исследователи опубликовали в научном журнале «Science» статью, где сообщили, что микроорганизм использует принцип оригами. Его клеточные мембраны и внутренняя структура легко раскладывается, а потом снова компактно складывается.

Это означает, что сила и энергия, которые L. olor затрачивает на действия с мембраной, весьма низкие.

В течение жизни Lacrymaria olor способен вытянуть «шею» примерно 20 000 раз абсолютно без всяких последствий для себя, отмечают исследователи.

Принцип Есимуры

Техника, которую использует крошечный одноклеточный организм, крайне необычна. И ее методика тянет за собой целый состав потенциальных проблем. Как правило, чтобы подобным образом деформировать мембрану, требуется огромное количество энергии. Кроме того, при той стремительной скорости, с которой L. olor вытягивает «шею», организм не сможет произвести достаточно нового мембранного материала.

При этом «шея» должна быть чрезвычайно гибкой. Это нужно для того, чтобы совершать быстрые движения во время охоты. И в то же время «шее» просто необходимо быть жесткой и крепкой, иначе она сломается при первом же броске. Однако микроорганизм сумел решить все эти проблемы, научившись складывать мембрану на этом участке в несколько слоев.

Линии сгиба мембраны имеют сложную изогнутую геометрию, которая позволяет ей разворачиваться в цилиндр. Под свернутой мембраной находится сеть спирально намотанных трубочек, которые складываются вместе с мембраной и, в свою очередь, помогают в упорядоченном сворачивании и разворачивании.
Принцип такой работы аналогичен так называемому оригами Есимуры. Там цилиндр тоже состоит из сложенных ромбов, и он также растягивается или, напротив, компактно сворачивается.



Но есть вопрос, который по-прежнему остается открытым. Известно, что, когда объекты микрометрового размера движутся в воде навстречу друг другу, неизбежно возникает сила отталкивания. Теоретически «шея»-оригами должна отбросить добычу далеко в сторону. Но так не происходит. Почему, непонятно. Поэтому пока что не все тайны «Лох-Несского чудовища» из микромира разгаданы.

Тотальные войны микромира

А вообще, микробы просто поражают воображение своими способами охоты и выживания.
Например, миксобактерии вида Myxococcus xanthus научились охотиться коллективно. Они способны формировать плотные рои или волны бактерий, при этом демонстрируя точно такое же поведение, как хищные животные, которые ведут охоту стаей.



Эти бактерии реагируют на химические сигналы, выделяемые как ими самими, так и их жертвами. Например, они могут обнаружить питательные вещества, выделяемые другими бактериями, и по ним прийти к своей добыче.

Myxococcus xanthus используют особые белки как сигналы для координации поведения и агрегации в большие коллективы. Эти сигналы позволяют бактериям «общаться» между собой, регулируя плотность стай и оптимизируя охотничье поведение.

Кроме того, есть бактерии, которые способны вести химическую войну против конкурентов. Например, некоторые бактерии производят антибиотики, такие как пенициллин, чтобы подавлять или убивать конкурирующие микробы в своей нише. Например, стрептомицеты генерируют стрептомицин, который подавляет рост многих грамположительных и грамотрицательных бактерий. Это дает стрептомицетам огромное преимущество в борьбе за ограниченные ресурсы.

Способы войны очень разнообразны. Геномные паразиты, такие как бактериофаги, могут использовать бактерий для собственного размножения. Некоторые бактериофаги, например T4, вводят свою ДНК в клетку E. Coli. Там она интегрируется и использует клеточную машинерию для производства новых вирусных частиц, которые затем исчерпают ресурсы клетки и вызовут ее разрушение.

Некоторые бактерии, такие как Salmonella и Yersinia, имеют сложные секреторные системы, которые функционируют как «шприцы», вводящие токсические белки непосредственно в клетки других бактерий. Эти белки вызывают гибель клетки-жертвы, позволяя хищнику получить доступ к ее содержимому.