घुमावदार क्रीज ओरिगेमी और टोपोलॉजिकल विलक्षणताएं एल। ओलोर की हाइपरेक्स्टेंसिबिलिटी को सक्षम करती हैं

एकल-कोशिका वाले प्रोटिस्ट रूपों की एक उल्लेखनीय विविधता प्रदर्शित करते हैं और कई कार्यों को पूरा करते हैं, जिसमें गतिशील वातावरण में शिकार का शिकार करना शामिल है।लैक्रीरिया ओलोर, एक शिकारी ciliate, एक गर्दन की तरह की सूंड लॉन्च करके अपने शिकार का शिकार करता है, जो अपने मूल शरीर की लंबाई में 30 गुना से अधिक का विस्तार कर सकता है<30 s and perform this task repeatably (more than 20,000 times in its life cycle). Such large-scale morphodynamics-an ability to shapeshift in real time-can be quantified by the large strain and strain rate seen in a single cell. Fundamental limits of morphodynamics and how geometry encodes behavior in single cells remain largely unknown.

प्रोटिस्ट हमारे ग्रह में लगभग सभी पारिस्थितिक निचे में गहरे समुद्र से लेकर हमारी नदी धाराओं तक के लिए उल्लेखनीय रणनीतियों को प्रदर्शित करते हैं। यद्यपि रूप और कार्य के बीच संबंध जैविक अध्ययन का आधार है, फिर भी हमें एक खराब समझ है जब यह प्रोटिस्ट की विस्फोटक रूपात्मक विविधता को समझाने की बात आती है। ज्यामिति के एक लेंस को लागू करके, हमने एक प्रतिष्ठित, शेपशिफ्टिंग प्रोटिस्ट में फॉर्म और फ़ंक्शन के बीच लिंक का पता लगाया,एल। ओलोर, जो एक अल्ट्रालॉन्ग नेकलाइक प्रोफोसिस की गतिशीलता के माध्यम से शिकार को पकड़ने के लिए जाना जाता है। विभिन्न अत्याधुनिक इमेजिंग टूल्स के आगमन के साथ, हमने इस सेल के कॉर्टिकल साइटोस्केलेटन और झिल्ली वास्तुकला जैसे उपकोशिकीय घटकों को विभिन्न रूपात्मक राज्यों में पकड़े गए, एक अनुबंधित और एक विस्तारित राज्य सहित मैप किया। क्योंकि ज्यामिति स्केल फ्री है, युग्मित साइटोस्केलेटल-मेम्ब्रेन आर्किटेक्चर की आवश्यक विशेषताओं को एक स्केल-अप भौतिक ओरिगेमी मॉडल में कैप्चर किया जा सकता है। इस काम में, हम प्रदर्शित करते हैं कि इस ज्यामिति में टोपोलॉजिकल विलक्षणताएं एक सेल के भौतिक परिवर्तन को कैसे नियंत्रित कर सकती हैं। सेलुलर स्केल ओरिगेमी के माध्यम से एक गर्दन के समान फलाव की तैनाती एक एकल कोशिका में देखी गई सबसे बड़ी तनाव और विस्तार दरों में से एक है।

हमने एकल-सेल मॉर्फोडायनामिक्स में सबसे बड़े ज्ञात तनाव और तनाव दरों की तुलना की और पहचान कीएल। ओलोरएक बाहरी के रूप में। उच्च-रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग के साथ, हमें पता चला कि यह रैखिक विस्तार झिल्ली प्लीट बनाने वाली कई परतों में स्तरित माइक्रोट्यूब्यूल बैंड से बना कॉर्टिकल साइटोस्केलेटन की एक पेचदार वास्तुकला द्वारा समर्थित है। यह विशेष रूप से ज्यामिति झिल्ली और सूक्ष्मनलिका दोनों तंतुओं को संग्रहीत करता है, जो एक लंबी सूंड की तेजी से तैनाती के लिए आवश्यक है, जिससे एक घुमावदार क्रीज ओरिगेमी बनता है। इस घुमावदार क्रीज सेलुलर ओरिगेमी में मुड़े हुए और अनफोल्ड स्थिति के बीच का तेज संक्रमण दो टोपोलॉजिकल विलक्षणताओं की उपस्थिति द्वारा नियंत्रित किया जाता है: एक "डी-कोन" (विकास योग्य शंकु) और सूक्ष्मनलिका बैंड की एक "मोड़ विलक्षणता"। हमने इस ओरिगेमी का एक स्केल-अप मॉडल भी बनाया, ताकि यह पता चल सके कि डी-कोन और ट्विस्ट ट्रैवर्सल की युग्मित गतिशीलता इस तैनाती योग्य ओरिगेमी के नॉनफाइन प्रकृति (स्पूलिंग) की ओर जाता है। हमारे काम से पता चलता है कि कैसे एक सेल द्वारा टोपोलॉजिकल विलक्षणताओं का उपयोग उप -घटकों की तैनाती को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है और इस ciliate में ज्यामिति के माध्यम से व्यवहार के नियंत्रण की सन्निहित प्रकृति को उजागर करता है।

चूंकि हाल के अध्ययनों ने प्रोटिस्ट की महत्वपूर्ण पारिस्थितिक भूमिकाओं को उजागर करना जारी रखा है, इसलिए इन उल्लेखनीय एकल कोशिकाओं में जटिल व्यवहार की उत्पत्ति को समझना महत्वपूर्ण हो गया है। इन कोशिकाओं की आनुवंशिक विविधता को मैप करने पर बहुत प्रयास किया गया है, लेकिन हम अभी भी रूपात्मक (ज्यामितीय) विविधता और बड़े पैमाने पर इसके कार्य के बारे में बहुत कम जानते हैं। के साइटोस्केलेटन के उप -संकलन ज्यामिति को मैप करकेएल। ओलोर, हमने एकल कोशिका में चरम मॉर्फिंग व्यवहार के ज्यामितीय नियंत्रण को उजागर किया। एक सूक्ष्मनलिका-पैटर्न वाले घुमावदार क्रीज ओरिगेमी के एक जीवित उदाहरण के रूप में, इस संरचना की हमारी गहरी समझ साइटोस्केलेटन-आधारित बायोइंजीनियर सामग्री के संश्लेषण के लिए नए दरवाजे खोलती है, जैसे कि परिवर्तनकारी विशेषताओं जैसे कि तैनाती। हमारा काम तैनाती योग्य माइक्रोबोटिक्स और लाइट-वेट स्पेस आर्किटेक्चर के लिए सीधी प्रेरणा भी प्रदान करता है। हम जिन ब्लूप्रिंट को एजेंसी लाने के लिए देख रहे हैं और माइक्रोरोबोटिक्स में एम्बेडेड नियंत्रण को प्रोटिस्ट की ज्यामितीय विविधता में सादे दृष्टि में छिपाया जा सकता है।