_ Un singur siesta celulei: cum reușesc organismele unicelulare care nu se mișcă să evite lumina strălucitoare

Prea mult lucru bun nu este bun deloc. Organismele vii se bucură de lumina soarelui – de fapt, au nevoie de ea pentru a rămâne în viață – dar tind să evite lumina prea strălucitoare. Animalele merg la adăpostul lor, oamenii fac siesta, chiar și plantele au mecanisme pentru a evita o supradoză de lumină. Dar cum se confruntă organismele unicelulare care nu se mișcă cu lumina prea intensă? Cercetătorii de la Universitatea din Amsterdam au descoperit răspunsul surprinzător.

Numele său științific complet este Pyrocystis lunula. Poate că nu ați auzit niciodată de această algă unicelulară, dar marinarii și pescarii îi cunosc foarte bine efectul: algele P. lunula sunt organismele care fac ocazional marea să strălucească albastru. P. lunula este un exemplu de dinoflagelat - un organism unicelular care nu se poate mișca singur. Principala sa sursă de energie este lumina soarelui: similar cu plantele, folosește o structură cunoscută sub numele de cloroplast pentru a transforma energia din lumina soarelui în energie chimică utilizabilă.

Plantele din jurul nostru folosesc o strategie inteligentă atunci când sunt expuse. la lumină prea strălucitoare: cloroplastele lor se rearanjează în celulele lor și se acoperă colectiv unele pe altele, astfel încât doar cantitatea necesară de lumină este absorbită și deteriorarea celulelor este prevenit.

P. lunula nu poate folosi aceeași strategie: are cloroplaste organizate sub forma unei rețele complexe, necesitând o formă diferită de mișcare pentru a evita lumina puternică. Mai mult decât atât, alga nu se poate îndepărta cu ușurință de lumină, așa cum fac animalele și oamenii. Cum reușesc aceste organisme să facă față cantităților excesive de lumină a fost un mister științific. Un mister care a fost rezolvat acum.

Biofizicienii Nico Schramma, Gloria Casas Canales și Maziyar Jalaal au conceput o modalitate inteligentă de a studia ce se întâmplă exact cu cloroplastul de P. lunula atunci când este expus la lumină. Folosind microscopie, ei au capturat filme ale celulei și cloroplastul acesteia și apoi au adaptat o rețea de noduri și margini la forma sa complexă folosind algoritmi de computer. Făcând acest lucru în condiții de schimbare a culorii și intensității luminii, ei puteau urmări exact ceea ce făcea cloroplastul celulei.

Ceea ce au descoperit cercetătorii a fost că, deși cloroplastul nu poate scăpa de lumina intensă, își poate minimiza efectul prin micșorare. . Când a fost expus la lumină albă strălucitoare - în esență lumina unei după-amiezi însorite - cloroplastul celulei s-a micșorat la o minge, reducându-și dimensiunea cu aproximativ 40% în cinci minute. Când condițiile de lumină au fost schimbate la lumină roșie slabă, în decurs de jumătate de oră, cloroplastul a revenit la dimensiunea și forma inițială.

S-a descoperit că structura care permite cloroplastului să facă aceste modificări necesare este o rețea. din filamente subțiri. Împreună, aceste filamente formează un material care se poate contracta și extinde cu ușurință în toate direcțiile.

Punctul cheie este „în toate direcțiile” – majoritatea structurilor pe care le găsim în natură nu au această proprietate. Călcați pe o lămâie și, în timp ce înălțimea acesteia va scădea dramatic, dimensiunea ei va crește în celelalte direcții, transformându-l într-un obiect în formă de disc care are încă o suprafață considerabilă. P. lunula reușește să evite acest comportament natural.

Cercetarea este publicată în Proceedings of the National Academy of Sciences.

Structura care permite cloroplastei să scadă în dimensiune în toate Direcțiile este oarecum similară cu cea a unei sfere Hoberman - un design patentat de Chuck Hoberman în 1988 și folosit în jucăriile populare pentru copii. Această observație leagă cercetările fizicienilor nu numai de biologie, ci și de matematică – mai precis, ramura matematicii cunoscută sub numele de topologie – și de proiectarea materialelor.

Materiale realizate în laborator care au exact proprietățile surprinzătoare pe care le arată sfera Hoberman și cloroplastul lui P. lunula, au fost studiate intens recent, având în vedere tot felul de aplicații - de exemplu, ca „materiale inteligente” care își schimbă semnificativ proprietățile atunci când experimentează stimuli externi. În mod surprinzător, soluțiile inteligente pe care inginerii și fizicienii le vin în laborator se dovedesc a fi acolo în natura vie.

Când se răspunde la o singură întrebare științifică, uneori urmează multe alte răspunsuri și descoperiri. Acesta poate fi cazul pentru întrebarea cum P. lunula și alte dinoflagelate reușesc să evite lumina strălucitoare.

Răspunsul său nu numai că ne spune mai multe despre acest mic organism unicelular care face ocazional marea să strălucească. albastru — ne învață despre structurile din natură, despre modul în care acestea aplică matematica complicată și ne învață lecții valoroase pe care le putem aplica atunci când ne proiectăm propriile materiale noi.

(Fluierul)