Forskning viser, hvordan encellede alger roterer, når de svømmer mod lyset

Forskere har gjort et afgørende gennembrud i søgen efter at forstå, hvordan encellede grønalger er i stand til at holde styr på lyset, mens de svømmer.

Et team af forskere fra University of Exeters flagskib Living Systems Institute har opdaget, hvordan modelalgen Chlamydomonas tilsyneladende er i stand til at scanne miljøet ved konstant at snurre rundt om sin egen kropsakse i en proptrækkerbevægelse. Dette hjælper det med at reagere på lys, som den har brug for til fotosyntese.

Den lille alge, som findes rigeligt i ferskvandsdamme over hele verden, svømmer ved at slå sine to flageller, hårlignende strukturer, der anvender en pisklignende bevægelse for at flytte cellen. Disse flageller slår på nogenlunde samme måde som cilierne i det menneskelige åndedrætssystem.

Chlamydomonas -celler er i stand til at fornemme lys gennem et rødt øje og kan reagere på det, kendt som fototaxi. Cellen roterer støt, mens den driver sig fremad ved hjælp af en slags brystsvømning, med en hastighed på cirka en eller to gange i sekundet, så dets eneste øje kan scanne det lokale miljø.

Imidlertid, den indviklede mekanisme, der gør det muligt for algen at opnå denne spiralformede svømning, har tidligere været uklar.

I den nye undersøgelse, forskerne udførte først eksperimenter, der afslørede, at de to flageller faktisk slog i fly, der er lidt skævt væk fra hinanden.

Derefter, skabe en sofistikeret computermodel af Chlamydomonas, de var i stand til at simulere flagellabevægelsen og gengive den observerede svømningsadfærd.

Forskerne opdagede, at flagellerne var i stand til at flytte Chlamydomonas med uret med hvert kraftslag, og derefter mod uret på det omvendte slag - svarende til hvordan en svømmer vugger frem og tilbage, når han skifter fra en arm til en anden. Undtagen her føler cellen ingen inerti.

Desuden, de udledte også, hvor simpelthen ved at udøve lidt forskellige kræfter på de to flageller, algen kan endda styre, frem for bare at bevæge sig i en lige linje.

Forskerne var i stand til at vise, at ved at tilføje en yderligere indflydelse, såsom lys, algen kan navigere til venstre eller højre ved at vide, hvilken flagellum der skal stryge hårdere end den anden.

Dr. Kirsty Wan, der ledede undersøgelsen sagde:"Spørgsmålet om hvordan en celle træffer denne type præcise beslutninger kan være et spørgsmål om liv eller død. Det er en ganske bemærkelsesværdig bedrift af både fysik og biologi, at en enkelt celle uden nervesystem at tale om er i stand til at gøre dette ... Det er et ældgammelt mysterium, som min gruppe i øjeblikket arbejder hårdt på at løse. "

Til undersøgelsen, forskerne var i stand til at teste forskellige scenarier for at bestemme, hvilke variabler der påvirkede banen. Deres undersøgelse viste, at ved at variere forskellige parametre, f.eks. hvis en flagella er lidt stærkere end en anden, flagellas vippeplan eller dets slagmønster, algerne kan manipulere sin egen bevægelse.

Teammedlem Dr. Dario Cortese tilføjede:"Enighed om vores model med eksperimenterne er virkelig overraskende, at vi effektivt kunne fange flagellas komplekse 3D-beat med en meget enkel bevægelse af en perle, der gik rundt i cirkler. "