捕食性细小原虫的变形能力源于“折纸样”细胞结构

对微生物世界中的一个微型猎手来说，它之所以能仰仗将其颈项拉伸至其身体长度的 30 倍来发动致命攻击，其关键是它有着一种类似折纸的错综复杂的细胞几何构造。据一项新的研究报告，这种几何构造能使天鹅长吻虫（Lacrymaria olor，这是一种单细胞捕食性纤毛虫）的颈项样突起快速地过度伸展。这些发现不仅能解释天鹅长吻虫为何具有极致的变形能力，而且还可能激发软性材料工程或机器人系统设计的创新灵感。单细胞性原生生物以其实时发生的动态形变能力（包括细胞结构的大型转变）而闻名。这些生物在完成这些壮举时须承受巨大的应变压力和应变速率。这类原生生物之一为天鹅长吻虫，它会伸出一个脖子一样的突起物来捕捉远处的猎物。这种 40 微米大小的单细胞细小生物可以在不到 30 秒的时间内反复将这个颈状突起拉伸至 1200 微米，然后又能以同样快的速度缩回。然而，天鹅长吻虫极度伸展的基本机制仍然未知。为了在亚细胞水平观察其运作机制，Eliott Flaum 和 Manu Prakash 结合使用了实时活体成像、共聚焦和透射电子显微镜等技术。他们发现，一种类似折纸的层状皮质细胞骨架和膜结构令天鹅长吻虫能够快速伸缩其颈状突起。据这些发现披露，天鹅长吻虫的细胞膜被折叠成 15 个具接触传染性的褶皱，这些褶皱又共同形成一种弯曲折纸，它可依次解旋，从而能反复快速地过度伸展其颈状突出。这种复杂的折叠体系建立在某种螺旋微管丝的结构之上，该微管丝能引导膜褶皱，确保形状变化时能快速有效地伸展和再次折叠。为了更好地理解所涉动态系统，Flaum 和 Prakash 开发出了一种能模仿天鹅长吻虫的弯取褶皱折纸结构的纸质力学模型。Leonardo Gordillo 和 Enrique Cerda 在一篇《视角》中更详细地讨论了这些发现。