Ukrivljena guba origami in topološki singularnosti omogočajo hiperekstenzivnost L. olorja

Enocelični protiki kažejo izjemno raznolikost oblik in opravljajo široko paleto funkcij, vključno z lovom v živo v dinamičnih okoljih.Lacrymaria olor, plenilski ciliat, lovi svoj plen z izstrelitvijo vratnih proboscis, ki se lahko reverzibilno razširi več kot 30 -krat večjo prvotno dolžino telesa<30 s and perform this task repeatably (more than 20,000 times in its life cycle). Such large-scale morphodynamics-an ability to shapeshift in real time-can be quantified by the large strain and strain rate seen in a single cell. Fundamental limits of morphodynamics and how geometry encodes behavior in single cells remain largely unknown.

Protisti kažejo izjemne strategije za uspeh v skoraj vseh ekoloških nišah na našem planetu, od globokega morja do naših rečnih potokov. Čeprav je odnos med obliko in funkcijo temelj bioloških študij, imamo še vedno slabo razumevanje, ko gre za razlago eksplozivne morfološke raznolikosti protistov. Z uporabo objektiva geometrije smo raziskali povezavo med obliko in funkcijo v ikoničnem protistom za premikanje oblik,L. olor, za katerega je znano, da zajame plen skozi dinamiko ultralonskega vratnega proboscisa. S pojavom različnih vrhunskih orodij za slikanje smo preslikali podcelične komponente, kot sta kortikalni citoskelet in membranska arhitektura te celice, ujete v različnih morfoloških stanjih, vključno s pogodbo in razširjenim stanjem. Ker je geometrija brez lestvice, lahko bistvene značilnosti sklopljene arhitekture citoskeletne membrane zajamemo v zmanjšanem fizičnem origami modelu. V tem delu prikazujemo, kako lahko topološke posebnosti v tej geometriji nadzirajo fizično transformacijo celice. Uvajanje vratnega izboklina skozi celično lestvico origami je ena največjih stopenj seva in podaljšanja, opaženih v eni celici.

Primerjali smo največjo znano stopnjo seva in seva v enocelični morfodinamiki in identificiraliL. olorkot zunanja stran. S slikanjem z visoko ločljivostjo smo ugotovili, da je ta linearni podaljšek podprt s spiralno arhitekturo kortikalnega citoskeleta, sestavljenega iz pasov mikrotubul, plastiranih v več plasti, ki tvorijo membranske naboje. Ta posebna geometrija shrani tako membranske kot mikrotubule, potrebne za hitro uvajanje dolge proboscisa, ki tvori ukrivljeno gubo origami. Ostri prehod med zloženim in razvitim stanjem v tem ukrivljenem celičnem origamiju nadzira prisotnost dveh topoloških singularnosti: "D-konje" (razvijajoči se stožec) in "zasuka" pasu mikrotubule. Zgradili smo tudi spremenjeni model tega origamija, da bi razkrili, kako povezana dinamika D-kona in Twist Traversal vodi v naravo nonfine (tuljanje) tega uvajanja origami. Naše delo razkriva, kako lahko celica uporabi topološke posebnosti za nadzor uvajanja podceličnih komponent in razkrije utelešeno naravo nadzora vedenja skozi geometrijo v tem ciliatu.

Ker nedavne študije še naprej poudarjajo pomembne ekološke vloge protistov, je postalo ključnega pomena za razumevanje izvora zapletenega vedenja v teh izjemnih posameznih celicah. Veliko truda je bilo vloženo na preslikavo genetske raznolikosti teh celic, vendar še vedno vemo zelo malo o morfološki (geometrijski) raznolikosti in njegovi funkciji pri prosti na splošno. S preslikavo podcelične geometrije citoskeletaL. olor, razkrili smo geometrijski nadzor ekstremnega morfirnega vedenja v eni celici. Kot živ primer ukrivljene gube origami z mikrotubulom, naše globlje razumevanje te strukture odpira nova vrata za sintezo bioinženirskih materialov, ki temeljijo na citoskeletu, s transformabilnimi značilnostmi, kot je uvajalnost. Naše delo ponuja tudi neposreden navdih za uvedbo mikrorobotike in lahke vesoljske arhitekture. Nagib, ki smo jih iskali, da bi prinesli agencijo in vgrajene nadzor v mikrobotiko, se lahko skrivajo v navadnem ogledu v geometrijski raznolikost prosti.