Одноклеточный организм Spirostomum ambiguum способен уменьшать длину тела до четверти исходной менее чем за пять миллисекунд. Это в сотни раз быстрее человеческого моргания. Учёные выяснили, какой механизм обеспечивает такую стремительную реакцию.
Исследование показало, что сокращение запускают ионы кальция, а выполняет его особая белковая сеть, напоминающая рыболовную сетку. Она образована структурами, которые у одноклеточных заменяют мышечные волокна. Результаты работы опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, о них сообщает ScienceDaily.
Spirostomum ambiguum относится к крупным инфузориям — одноклеточным организмам, передвигающимся с помощью многочисленных ресничек. Он способен сокращаться со скоростью около 100 длин собственного тела в секунду и быстро повторять это движение. Предполагается, что такая способность помогает инфузории спасаться от хищников или взаимодействовать с другими представителями вида.
Человеческие мышечные волокна могут укорачиваться на сопоставимую долю, однако им требуется примерно в десять раз больше времени. «Разница между тем, что может делать Spirostomum, и тем, что можем делать мы, связана с источником энергии сокращения и устройством механизма, который за него отвечает», — сказала Мэри Элтинг, доцент кафедры биофизики Университета штата Северная Каролина и один из руководителей исследования.
С помощью электронной и иммунофлуоресцентной микроскопии исследователи изучили строение инфузории. Они обнаружили, что её мионемы — волокнистые структуры из кальций-связывающих белков центрина и Sfi1 — образуют вокруг клетки сетчатую оболочку. При поступлении кальция белок Sfi1 становится менее жёстким и собирается в плотные комки, из-за чего сеть стягивается внутрь, равномерно сжимая организм и защищая его внутренние органеллы.
В отличие от человеческих мышц, использующих аденозинтрифосфат (АТФ) для накопления и высвобождения энергии, Spirostomum задействует другой принцип. «АТФ претерпевает химическое изменение и “сгорает”, подобно бензину, тогда как ионы кальция действуют как электрический ток», — пояснила Элтинг. Учёным ещё предстоит установить, что создаёт напряжение для запуска этого процесса и каким образом система сбрасывается, чтобы сокращение могло повториться; понимание этих механизмов может помочь создать быстрые искусственные мышцы, не зависящие от АТФ.