У крошечных одноклеточных созданий нет мозга, поэтому они чаще всего движутся максимально простым способом — перекатываются, скользят или плавают. Но микроскопические обитатели прудов, называемые Euplotes eurystomus, научились сновать как насекомые, ловко орудуя маленькими придатками.
Эти простейшие 14 пучков ресничек, которые работают вместе. Эти так называемые усики существа используют, чтобы плавать и ходить, активно охотясь за добычей. «Казалось, что с движениями связана эта последовательная логика. Они не были случайными, и мы начали подозревать, что происходит какая-то обработка информации», — отметил биофизик Бен Ларсон из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF).
Ларсон и его коллеги сделали микроскопические кадры E. eurystomus, чтобы изучить их движения в замедленной съемке. Исследователи определили 32 различные комбинации движений ног и обнаружили, что некоторые комбинации с большей вероятностью следуют друг за другом.
Усики состоят из тубулиновых волокон, как и остальные каркасные структуры клетки (ее цитоскелет). Эти волокна также действуют как опорная структура между различными усиками, поэтому они также функционируют как своего рода механическое сообщение.
Компьютерное моделирование показало, что напряжение и деформация волокон диктуют, какой набор положений усиков возможен в каждый момент времени. Некоторые усики накапливают стресс на разных стадиях походки; когда этот стресс снимается, он побуждает клетку двигаться вперед в следующее состояние, вызывая циклический переход между этими состояниями.
«Тот факт, что придатки Euplotes переходят из одного состояния в другое неслучайным образом, означает, что эта система похожа на рудиментарный компьютер», — отмечают ученые.
Когда исследователи подвергли Euplotes воздействию препарата, нарушающего синхронные реакции тубулиновых волокон, он нарушил регуляцию походки клетки, заставив несчастных созданий наматывать круги. Их походка по-прежнему оставалась правильной, но она больше не координировалась таким образом, чтобы обеспечить эффективное движение. Часовые соединения между придатками больше нельзя было заводить и сбрасывать, чтобы клетка продолжала «тикать».
Таким образом, эти одноклеточные существа контролируются не мозгом и нервами, а сетью сигнальных молекул. Ранее мы видели, как такие системы могут обеспечивать удивительно сложное поведение микробов, например, принятие решений, обучение и навигацию по лабиринтам.
Нам еще многое предстоит понять о механистической работе этой локомотивной системы, но теперь мы можем добавить ходьбу к списку примеров того, как можно использовать случайные молекулярные процессы для создания последовательного поведения.
