斯坦福大学科学家揭示微观捕食者的细胞折纸术

一种不同寻常的纤毛，它的“脖子”伸展和收缩。研究人员发现，在微管定义折叠褶的地方，类似折纸的褶皱使这种变形成为可能。

　　

研究人员发现，通过一种类似折纸的细胞结构，这种微生物可以将脖子伸长至自身长度的30倍。折叠的细胞膜促进了这种能力，为机器人和材料科学提供了潜在的有用见解。

了解微生物力学

对于微生物世界的微小猎人来说，依靠将脖子伸展到身体长度的30倍来释放致命的攻击，复杂的折纸状细胞几何结构是关键。

根据发表在《Science》杂志上的一项新研究，这种几何形状使得单细胞捕食者Lacrymaria olor的脖子状突起能够快速超伸展。这些发现不仅解释了L. olor的极端变形能力，而且还具有激发软物质工程或机器人系统设计创新的潜力。

单细胞原生生物的动态变化

单细胞原生生物以其实时动态形态变化的能力而闻名，包括细胞结构的大转变。这些生物经历了巨大的应变和应变速率来完成这些壮举。其中一种原生生物，L. color，伸出脖子状的突起来捕捉远处的猎物。这种微小的40微米单细胞生物可以在不到30秒的时间内反复拉伸到1200微米，然后迅速收回。

显微镜观察揭示折纸结构

然而，产生L. olor的极端超扩展性的潜在机制仍然未知。为了在亚细胞水平上观察这些机制，Eliott Flaum和Manu Prakash使用了实时成像、共聚焦和透射电子显微镜的组合。他们发现一种折纸状的层状皮质细胞骨架和膜结构使L. olor的快速伸展和收缩。

细胞功能中的折纸建筑

根据研究结果，细胞膜被折叠成15个具有传染性的褶，这些褶合在一起，形成了一个弯曲的折纸，可以顺序地展开线轴，从而快速、可重复地拉伸颈部。这种复杂的折叠方案是建立在微管丝的螺旋结构上的，微管丝引导膜折痕，以确保在形状变化过程中快速有效地展开和再折叠。

为了更好地理解其中的动力学，Flaum和Prakash开发了一种机械纸模型，模仿L. olor的弯曲折纸结构。

“Curved crease origami and topological singularities enable hyperextensibility of L. olor” by Eliott Flaum and Manu Prakash, 7 June 2024, Science.

“A tiny, long-distance hunter: Lacrymaria olor cytoskeleton and membrane “origami” enables rapid cell hyperextension” by Leonardo Gordillo and Enrique Cerda, 6 June 2024, Science.