Verdens raskeste krymper
La meg be deg om å virkelig sette pris på dette et øyeblikk. Det finnes en bitte liten skapning – så liten at du trenger mikroskop for å se den – som kan trekke sammen hele kroppen til en fjerdedel av normal størrelse på under fem millisekunder. Det er raskere enn tiden det tar for deg å akte på å blunke. Et vanlig menneskeblunk tar omtrent 150 millisekunder. Denne lille karen får unna alt sitt på under 5.
Møt Spirostomum ambiguum, og ærlig talt er navnet litt av en underdrivelse. Denne encellede organismen er absolutt ikke tvetydig når det kommer til å vise seg frem.
Én celle, superkrefter
Her er det merkelige: Spirostomum er bokstavelig talt bare én eneste celle. Ingen muskler, ingen nerver, ingen hjerne. Bare en klump protoplasma pakket inn i en membran, som svømmer rundt med en dusk av bittelette hår-lignende strukturer kalt cilier. Og likevel kan den trekke seg sammen omtrent 100 kroppslengder per sekund. Prøv å utføre en full sammentrekning av hele kroppen din 100 ganger i løpet av ett sekund. Klarer du det? Nei, det kan heller ikke jeg.
Forskere har kjent til denne evnen en stund, men ingen har helt skjønt hvordan den fungerer. Det er det som gjør en ny studie publisert i Proceedings of the National Academy of Sciences så spennende. Forskere har endelig knekt koden på hva som gir Spirostomum superheltefart.
Hemmeligheten med fishnet
Svaret? Et proteinnettverk som ser mistenkelig ut som... et fishnetstrømpe.
Ved hjelp av virkelig imponerende mikroskopiteknikker oppdaget teamet at Spirostomums sammentrekning er avhengig av noe som kalles myonemer – fibrene strukturer laget av proteinene centrin og Sfi1. Disse myonemene danner et maskeverk rundt utsiden av cellen, omtrent som et nett pakket rundt en vannballong.
Når kalsiumioner strømmer inn i cellen, skjer følgende: Sfi1-proteinet går fra stivt til slapt – tenk deg en bunt tørr spaghetti som plutselig blir våt spaghetti som klumper seg sammen. Dette fører til at fishnettet strammer seg innover, og trekker hele organismen inn i en kompakt, sammentrukket form. Så, på et eller annet vis, slår den tilbake til normal form. Gjenta etter behov.
Hvorfor fishnet-geometri betyr noe
Her er et kult detalj forskerne fremhevet. Den fishnet-aktige formen er ikke bare for syns skyld – den beskytter faktisk organismens indre strukturer (dens versjon av organer, om du vil) under all den voldsomme bevegelsen. Fordi sammentrekningen er jevn over hele overflaten, holder alt på innsiden seg relativt trygt mot den mekaniske påkjenningen. Det er som å tenke på en mesh-stressball som fordeler trykket jevnt i stedet for å eksplodere på ett sted.
Vent, den bruker ikke ATP?
Hold deg fast, for her blir det virkelig interessant.
Menneskelige muskler? De drives av ATP – altså adenosintrifosfat, cellenes energivaluta. Musklene dine "brenner" ATP som en bilmotor brenner drivstoff. Det er en kjemisk reaksjon som brukes opp og må fylles på igjen.
Spirostomum? Tydeligvis ikke.
"Forskjellen er som å sammenligne bensin med elektrisk kraft," forklarte forsker Mary Elting. ATP blir "brukt opp" som bensin. Kalsiumioner derimot, fungerer mer som en elektrisk strøm.
Dette er en stor sak fordi det betyr at Spirostomum har funnet en helt annen måte å drive rask bevegelse på – en som ikke er avhengig av det samme kjemiske energisystemet som musklene våre bruker.
Tilbakestillingsproblemet
Men her er greia: Ingen vet hvordan Spirostomum tilbakestiller seg selv. Hvis du utløser en kalsiumbasert reaksjon, ville du forvente at det var en "énskudd"-affære, som en lunte som brenner ned. Men Spirostomum kan trekke seg sammen og slappe av igjen og igjen, tilsynelatende uten å bli utslitt.
Å finne ut av denne tilbakestillingsmekanismen er den hellige gral her. For hvis forskere kan forstå hvordan Spirostomum gjentatte ganger utløser og kommer seg etter sine kalsiumdrevne sammentrekninger, kan den kunnskapen en dag hjelpe ingeniører med å bygge kunstige muskler som ikke trenger ATP for å fungere.
Tenk deg roboter eller proteseenheter som kan bevege seg raskt og effektivt, drevet av en fundamentalt annen mekanisme enn alt vi har bygget før. Alt inspirert av en mikroskopisk klump som de fleste aldri har hørt om.
Naturen er fremdeles den beste ingeniøren
Jeg vet ikke med deg, men jeg synes dette er ydmykende på en helt spesiell måte. Vi har bygget imponerende teknologi, men evolusjonen har "konstruert" løsninger i milliarder av år. Spirostomum har funnet ut hvordan man beveger seg utrolig raskt ved å bruke en helt annen biologisk strategi – en vi først nå begynner å forstå.
Neste gang du blunker, ta et øyeblikk til å sette pris på at en encellet organisme i en eller annen dam sannsynligvis kan utkonkurrere hele kroppen din når det gjelder sammentrekning, med flere størrelsesordener. Og et sted i denne lille skapningens proteinnettverk kan det ligge spiren til teknologi som ennå ikke er oppfunnet.
Hvor kult er ikke det?
Kilde: ScienceDaily