Извита сгъваемо оригами и топологични особености позволяват свръхвъзмезливост на L. olor

Едноклетъчните протести показват забележително разнообразие от форми и изпълняват широк спектър от функции, включително лов на жива плячка в динамична среда.Лакримария олор, хищна цилиат, ловува плячката си, като пуска хобот, подобен на врата<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.

Протистите показват забележителни стратегии за процъфтяване в почти всички екологични ниши на нашата планета, от дълбокото море до нашите речни потоци. Въпреки че връзката между формата и функцията е основата на биологичните изследвания, ние все още имаме лошо разбиране, когато става въпрос за обяснение на експлозивното морфологично разнообразие на протестистите. Прилагайки обектив на геометрията, ние изследвахме връзката между формата и функцията в емблематичен, оформящ се протент,Л. Олор, за който е известно, че улавя плячка чрез динамиката на ултравния хобот, подобен на шията. С появата на различни авангардни инструменти за изображения, ние картографирахме субклетъчните компоненти като кортикалната цитоскелет и мембранната архитектура на тази клетка, уловена в различни морфологични състояния, включително договорено и разширено състояние. Тъй като геометрията е без мащаба, основните характеристики на свързаната цитоскелетна-мембранна архитектура могат да бъдат уловени в мащабиран модел на физически оригами. В тази работа ние демонстрираме как топологичните особености в тази геометрия могат да контролират физическата трансформация на клетка. Разгръщането на изпъкналост на шията през оригами от клетъчен мащаб е един от най -големите скорости на напрежение и удължаване, наблюдавани в една клетка.

Сравнихме най-големите известни скорости на напрежение и деформация в едноклетъчна морфодинамика и идентифицираниЛ. Олоркато външен човек. С изображения с висока разделителна способност открихме, че това линейно разширение се поддържа от спирална архитектура на кортикалния цитоскелет, съставен от микротубулни ленти, слоени в множество слоеве, образуващи мембранни плисета. Тази конкретна геометрия съхранява както мембранните, така и микротубулните нишки, необходими за бързо разгръщане на дълъг хобот, образувайки извита оригами. Рязният преход между сгънатото и разгънато състояние в тази извита гънка клетъчна оригами се контролира от наличието на две топологични особености: „D-Cone“ (конус, който може да се разработи) и „обратен сингулярност“ на микротубулната лента. Ние също така изградихме мащабиран модел на тази оригами, за да разкрием как свързаната динамика на D-Cone и Twist Traversal води до неафинова природа (шпиониране) на този разгръщащ се оригами. Нашата работа разкрива как топологичните особености могат да бъдат използвани от клетка за контрол на внедряването на субклетъчни компоненти и разплитат въплътения характер на контрол на поведението чрез геометрия в този цилиат.

Тъй като последните проучвания продължават да подчертават важните екологични роли на протестистите, стана критично да се разбере произхода на сложното поведение в тези забележителни единични клетки. Бяха положени много усилия за картографиране на генетичното разнообразие на тези клетки, но все още знаем много малко за морфологичното (геометрично) разнообразие и нейната функция в протестистите като цяло. Чрез картографиране на субклетъчната геометрия на цитоскелета наЛ. Олор, разкрихме геометричен контрол на поведението на екстремно морфиране в една клетка. Като жив пример за оригами с микротубула с проби, нашето по-дълбоко разбиране на тази структура отваря нови врати за синтез на биоинженерирани материали на базата на цитоскелет с трансформируеми характеристики като разгръщане. Нашата работа също така осигурява пряко вдъхновение за разгръщане на микророботика и космическа архитектура на светло тегло. Планките, които търсихме, за да доведе до агенция и вграден контрол в микророботиката, може да бъде скрит в полезрението в геометричното разнообразие на протестистите.