Ilyen élőlény márpedig nincs – és mégis

A Spirostomum ambiguum nevű mikroszkopikus élőlény mozgását kalciumionok és egy halszálkaszerű, fehérjékből felépülő hálózat irányítja. Az egysejtű összehúzódása sokkal gyorsabb az emberi izmok működésénél, és a felfedezés a jövőben gyorsabb mesterséges izmok fejlesztéséhez is ötleteket adhat.

Öt ezredmásodperc alatt zsugorodik

A Spirostomum ambiguum egy óriási méretű, egyetlen sejtből álló csillós egysejtű. Nevét a mozgásában is szerepet játszó, apró szőrszerű csillókról kapta. Az élőlény különlegessége, hogy másodpercenként akár saját testhosszának százszorosának megfelelő sebességgel is képes mozogni, miközben rendkívül gyorsan össze is tud húzódni.

A kutatók szerint ez a képesség segíthet a ragadozók elől való menekülésben, illetve szerepet játszhat a más egysejtűekkel folytatott kommunikációban. Az emberi izomrostok hasonló arányban képesek megrövidülni, ám ehhez körülbelül tízszer több időre van szükségük.

Mary Elting, az Észak-Karolinai Állami Egyetem biofizikusa szerint a különbség elsősorban abból fakad, hogy mi biztosítja az összehúzódáshoz szükséges energiát, illetve milyen szerkezet végzi magát a mozgást.

Halszálkaszerű háló mozgatja

Mivel a Spirostomum nem rendelkezik valódi izomrostokkal, a kutatók elektronmikroszkópos és immunfluoreszcens vizsgálatokkal keresték a rendkívüli mozgás mechanizmusát. Kiderült, hogy az egysejtűben úgynevezett myonemák találhatók, amelyek a kalciumhoz kötődő centrin és Sfi1 fehérjékből épülnek fel.

Ezek a rostok az élőlény külső részén halszálkaszerű hálózatot alkotnak. Amikor megemelkedik a kalciumionok szintje, az Sfi1 fehérje megváltoztatja tulajdonságait: merev állapotból rugalmasabbá válik, és összecsomósodik. Ennek hatására a hálózat összehúzódik, és magával húzza az egész sejtet.

A különleges geometria azért is fontos, mert az összehúzódás egyenletesen megy végbe. Így a sejt belső alkotóelemei akkor sem sérülnek, amikor az élőlény néhány ezredmásodperc alatt drasztikusan megváltoztatja a méretét.

Új generációs mesterséges izmok készülhetnek

A mechanizmus azért is érdekes, mert alapvetően eltér az emberi izmok működésétől. Az izmok az ATP nevű molekulát használják az összehúzódáshoz szükséges energia tárolására és felszabadítására. A Spirostomum ezzel szemben úgy tűnik, elsősorban kalciumionokra támaszkodik.

A kutatók szerint ez olyan, mintha a biológiai mozgást két teljesen eltérő energiaforrással működtetnénk: az ATP kémiai reakció révén „elhasználódik”, míg a kalcium egy elektromos áramhoz hasonlóan indítja be a folyamatot.

Egyelőre azonban nem tudják pontosan, mi hozza létre az összehúzódást elindító jelet, és hogyan állítja vissza a rendszer magát olyan gyorsan, hogy újra működésbe léphessen. Ennek megfejtése lehet a kulcs olyan mesterséges izmok létrehozásához, amelyek rendkívül gyorsan és ATP nélkül képesek mozogni.

Kép: Spirostomum ambiguum, kredit: Joseph Lannan