Na prvý pohľad je to iba mikroskopický vodný organizmus. Nemá ruky, nohy ani svaly a celé jeho telo tvorí jediná bunka.
Napriek tomu dokáže vykonať jeden z najrýchlejších pohybov známych medzi bunkami.
Spirostomum ambiguum sa dokáže v priebehu menej než piatich milisekúnd stiahnuť približne na štvrtinu svojej pôvodnej dĺžky.
Pre porovnanie, bežné žmurknutie človeka trvá rádovo stovky milisekúnd.
Celý organizmus tvorí jedna bunka
Spirostomum ambiguum patrí medzi nálevníky.
Ide o jednobunkové organizmy pokryté množstvom drobných riasiniek, ktoré im okrem iného pomáhajú pri pohybe vo vode.
Spirostomum je medzi nimi výnimočné svojou veľkosťou aj schopnosťou extrémne rýchlej kontrakcie.
Vedci uvádzajú rýchlosť kontrakcie približne 100 dĺžok vlastného tela za sekundu.
Ešte zaujímavejšie je, že tento pohyb dokáže opakovať.
Vedci predpokladajú, že mu môže pomáhať pri úniku pred predátormi alebo pri komunikácii s ďalšími nálevníkmi.
Ako sa môže bunka hýbať bez svalov?
Práve táto otázka vedcov zaujímala.
Ľudské svaly využívajú úplne iný mechanizmus. Ich kontrakcia je založená na svalových vláknach a energii získavanej prostredníctvom ATP.
Spirostomum však klasické svalové vlákna nemá.
Vo svojom tele má špecializované vláknité štruktúry nazývané myonémy.
Výskumníci pomocou elektrónovej a imunofluorescenčnej mikroskopie zistili, že tieto štruktúry vytvárajú okolo bunky zvláštnu sieť pripomínajúcu rybársku sieť.
A práve ona je jedným z kľúčov k neuveriteľne rýchlemu pohybu.
Spúšťačom je vápnik
V mechanizme hrá zásadnú úlohu vápnik.
Keď sa zvýši koncentrácia vápenatých iónov, aktivuje sa kontrakčný systém bunky.
Dôležité sú pritom proteíny centrin a Sfi1.
Vedci zistili, že v prítomnosti vápnika môže Sfi1 zmeniť svoje mechanické vlastnosti. Sieť sa následne stiahne a s ňou sa dramaticky skráti aj celé telo organizmu.
Geometria tejto siete zároveň umožňuje, aby kontrakcia prebehla relatívne rovnomerne.
To je dôležité, pretože vo vnútri jednej bunky sa nachádzajú štruktúry nevyhnutné pre jej fungovanie.
Pohyb je rýchlejší než kontrakcia ľudského svalu
Ľudské svalové vlákna sa tiež dokážu výrazne skrátiť, ale podľa výskumníkov im podobná relatívna zmena trvá približne desaťkrát dlhšie.
Spirostomum teda používa úplne odlišný spôsob vytvárania pohybu.
Vedci prirovnávajú rozdiel medzi oboma systémami k rozdielu medzi benzínovým a elektrickým pohonom.
Pri svalovej kontrakcii človeka sa využíva energia uložená v ATP.
V prípade Spirostomum fungujú vápenaté ióny skôr ako signál, ktorý extrémne rýchlu kontrakciu spustí.
Jedna záhada stále zostáva
Vedci už lepšie chápu, ako sa bunka stiahne.
Stále však úplne nerozumejú tomu, ako dokáže celý systém tak rýchlo pripraviť na ďalšiu kontrakciu.
A práve to je mimoriadne zaujímavé.
Ak by išlo iba o jednorazovú reakciu na vápnik, mechanizmus by bol jednoduchší. Spirostomum však dokáže kontrakciu opakovane spúšťať.
Výskumníci preto chcú zistiť, čo presne vytvára signál potrebný na začiatok pohybu a ako sa celý systém následne „resetuje“.
Môže pomôcť pri výrobe umelých svalov
Výskum jedného zvláštneho mikroorganizmu nemusí zostať iba biologickou kuriozitou.
Vedci dúfajú, že pochopenie jeho mechanizmu môže pomôcť pri vývoji nových syntetických systémov.
Jednou z možností sú mimoriadne rýchle umelé svaly.
Ak by sa podarilo napodobniť sieť, ktorá dokáže reagovať na vápnik a opakovane vytvárať veľmi rýchly pohyb, podobný princíp by sa v budúcnosti mohol využiť v mäkkej robotike, mikrostrojoch alebo ďalších technológiách.
Zatiaľ však ide predovšetkým o základný výskum.
Jedna bunka tak vedcom ukazuje mechanizmus pohybu, ktorý sa výrazne líši od toho, čo používajú naše vlastné svaly.
A celý proces od natiahnutého organizmu po telo skrátené približne na štvrtinu trvá menej než päť tisícin sekundy.
