在原生生物中发现的第一个细胞折纸例子

结合深深的好奇心和“娱乐生物学”，斯坦福大学的研究人员发现了一个简单的细胞如何在没有神经系统的情况下产生非常复杂的行为。他们说这是折纸

斯坦福大学生物工程副教授马努·普拉卡什（Manu Prakash）说：“生活中有一些事情你可以看，但永远不会看。“这简直令人着迷。”

“从马努向我展示它的那一刻起，我就被这个细胞惊呆了，”“好奇心驱动”的普拉卡什实验室的研究生Eliott Flaum说。普拉卡什和Flaum在过去的七年里研究了Lacrymaria olor的一举一动，并在《科学》杂志上发表了一篇关于他们工作的论文

Flaum说：“我第一次带着荧光显微照片回来时，真是太激动人心了。”。“那张照片在纸上。”

普拉卡什排队的视频揭示了为什么这种生物不仅仅是一张漂亮的照片：一个泪滴形状的细胞在一滴池水中游动。瞬间，一个细长的“脖子”从球根状的下端突出。而且它还在继续。去吧。然后，同样快的是，脖子向后缩，好像什么都没发生一样

在几秒钟内，一个从头到尾只有40微米的细胞长出了一个延伸到世界上1500微米或更多的颈部。它相当于一个6英尺高的人将头伸出200多英尺。所有这些都来自一个没有神经系统的细胞

“这是非常复杂的行为，”普拉卡什笑着说

细胞从收缩状态到伸长状态的高速延伸来源：Eliott Flaum等人

形式即功能

L.Color出现在《科学》杂志上，因为Prakash和Flaum在这种行为中发现了一种以前在生物学中未知的新几何机制。他们是第一个解释这样一个简单的细胞如何产生如此令人难以置信的形态动力学、美丽的折叠和展开的人；又名折纸；以单个细胞的规模，一次又一次地成功

这是几何体。L.olor的行为编码在其细胞骨架结构中，就像人类行为编码在神经回路中一样

普拉卡什说：“这是第一个细胞折纸的例子。”。“我们想把它叫做lacrygami。”

具体来说，它是传统折纸的一个子集，被称为“弯曲折纸”。它都是基于薄的螺旋微管结构&mdash；包裹在细胞膜内的肋骨。这些微管肋被包裹在一层细腻的透明膜中，定义了一系列山脉和山谷褶皱中峰的褶皱模式

Prakash和Flaum使用透射电子显微镜和其他最先进的研究技术表明，实际上有15条这种坚硬的螺旋状微管带包裹着L.olor的细胞膜&mdash；细胞骨架。这些小管盘绕和展开，导致长时间的伸出和缩回，像压缩的螺旋手风琴的风箱一样嵌套回自身。膜的薄纱在细胞内折叠成整齐、轮廓分明的褶皱

Flaum解释道：“当你以这种方式将褶皱储存在螺旋角上时，你可以储存无限量的材料。”。“生物学已经发现了这一点。”

弯曲折纸的顺序解冷却。来源：Eliott Flaum等人

几何是命运

优雅在于算术。从数学上讲，这种结构不可能以任何其他方式展开&mdash；相反，只有一种方式可以收回。对Prakash来说，也许更引人注目的是架构的健壮性。他说，在它的一生中，L.olor将毫无瑕疵地进行50000次这种投影和缩回，“L.olor受其几何形状的约束，以这种特殊的方式折叠和展开。”

关键是一个研究不足的数学现象，发生在肋骨扭曲和折叠膜开始展开的精确点。这是一个独特之处&mdash；结构同时折叠和展开的点。两者兼而有之；单数的p>

Prakash抓起一张纸，将其折叠成锥形，然后拉住纸的一角，展示这种奇异性（称为d锥）是如何以整齐的线条穿过纸张的&mdash；以及，通过推回拐角，奇点如何沿着完全相同的路径返回到其原始位置

普拉卡什解释道：“它每次都在这个奇点展开和折叠，充当控制器。这是第一次在活细胞中描述行为的几何控制器。”

休闲生物学贯穿普拉卡什实验室工作的一个不变主题是一种深刻的惊奇感和趣味性，这导致了长期追求这样一个想法所必需的充满活力的好奇心。用普拉卡什的话说，这是一门老派科学。他还称之为娱乐生物学

为了展示他的灵感，普拉卡什展示了他选择研究的其他单细胞生物的家谱。他说：“没错，没有人能做洛雷尔能做的事。”。但这些复杂的几何形状有数千种形式。美丽的当然，但每一个都在背后隐藏着奇妙而不成文的规则

“我们从一个谜题开始，”普拉卡什以科学家所能表现出的严肃态度解释道。“Ellie和我问了一个非常简单的问题：这种材料从哪里来？它去了哪里？作为我们的游乐场，我们选择了生命之树。七年后，我们来了。”

至于实际应用，工程师Prakash已经在想象一个可部署的微型“活机器”的新时代，它可以在手术室里改变从太空望远镜到微型手术机器人的一切

Prakash也是斯坦福伍兹环境研究所的高级研究员，生物学和海洋副教授（由提供），斯坦福生物-X、吴蔡人类表现联盟、孕产妇与健康研究所的成员；儿童健康研究所和吴仔神经科学研究所