Вадим Дудченко
Администратор портала

Исследование объясняет, как одноклеточный морской организм генерирует свет в ответ на механическую стимуляцию, освещая разбивающиеся волны ночью.

Каждые несколько лет расцвет микроскопических организмов, называемых динофлагеллятами, преображает берега по всему миру, придавая разбивающимся волнам жуткое голубое свечение. Впечатляющее цветение этого года в Южной Калифорнии было особенно ярким примером. В новом исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, исследователи определили лежащую в основе физику, которая приводит к производству света у одного вида этих организмов.

Международная команда, возглавляемая Кембриджским университетом, разработала уникальные экспериментальные инструменты, основанные на микроманипуляции и высокоскоростной визуализации для визуализации производства света на одноклеточном уровне. Они показали, как одноклеточный организм вида Pyrocystis lunula производит вспышку света, когда его клеточная стенка деформируется механическими силами. Путем систематических экспериментов они обнаружили, что яркость вспышки зависит как от глубины деформации, так и от скорости, с которой она накладывается.

Известное как "вязкоупругая" реакция, это поведение встречается во многих сложных материалах, таких как жидкости со взвешенными полимерами. В случае таких организмов, как Pyrocystis lunula, известный как динофлагелляты, этот механизм, скорее всего, связан с ионными каналами, которые являются специализированными белками, распределенными на клеточной мембране. Когда мембрана напряжена, эти каналы открываются, позволяя кальцию перемещаться между отделениями клетки, вызывая биохимический каскад, который производит свет.

"Несмотря на десятилетия научных исследований, прежде всего в области биохимии, физический механизм, с помощью которого поток жидкости запускает производство света, остается неясным", - сказал профессор Раймонд Э. Гольдштейн, профессор Schlumberger по сложным физическим системам на кафедре прикладной математики и теоретической физики, который руководил исследованиями.

"Наши результаты раскрывают физический механизм, с помощью которого поток жидкости запускает производство света, и показывают, насколько элегантным может быть принятие решений на одноклеточном уровне",-сказал д-р Мазияр Джалаал, первый автор статьи.

Биолюминесценция представляет интерес для человечества на протяжении тысячелетий, поскольку она видна как свечение ночных волн в океане или искры светлячков в лесу.

Биолюминесценция в океане, однако, не является "неэффективной".- Напротив, он используется для защиты, нападения и спаривания. В случае динофлагеллятов они используют световую продукцию для отпугивания хищников.

Результаты настоящего исследования показывают, что когда деформация клеточной стенки мала, интенсивность света мала независимо от того, как быстро делается углубление, и она также мала, когда углубление большое, но применяется медленно. Только когда и амплитуда, и скорость велики, интенсивность света максимизируется. Группа разработала математическую модель, которая смогла объяснить эти наблюдения количественно, и они предполагают, что это поведение может действовать как фильтр, чтобы избежать срабатывания паразитных вспышек света.

В то же время исследователи планируют более количественно проанализировать распределение сил по всем клеткам в потоке жидкости, что является шагом к пониманию предсказания света в морском контексте.

Другими членами исследовательской группы были аспирантка Элен де Малепрад, приглашенные студенты Нико Шрамма из Института динамики и самоорганизации Макса Планка в Геттингене, Германия, и Антуан Доде из Политехнической школы во Франции, а также приглашенный профессор Кристоф Рауфасте из Института физиологии Ниццы, Франция.

Эта работа была поддержана инициативой по морской микробиологии Фонда Гордона и Бетти Мур, председательского Фонда Schlumberger, французского Национального исследовательского агентства и фонда Wellcome Trust.

Источник

 



Актуальные новости

  • Сутки
  • Неделя
  • Месяц