Mikroskobik Bir Organizmanın İçinde Saat Gibi İşleyen Bir 'Bilgisayar' Keşfedildi

Minik tek hücreli yaratıkların, onlara nasıl hareket etmeleri gerektiğini söyleyecek bir beyinleri olmadığı açıktır, bu yüzden genellikle yuvarlanır, kayar veya yüzerler.

Ancak Euplotes eurystomus adı verilen mikroskobik bir canlı, beyinleri olmadan da yürümenin bir yolunu öğrendiler.

San Francisco'daki California Üniversitesi'nden (UCSF) biyofizikçi Ben Larson, "Hareketlerde gerçekleşen bir sıralı mantık varmış gibi görünüyordu" diyor. "Rastgele değillerdi ve bir tür bilgi işlemenin gerçekleştiğinden şüphelenmeye başladık."

Bu protozoanlar - hayvan benzeri özelliklere sahip tek hücreli organizmalar - cirri adı verilen ve bacak gibi birlikte çalışan 14 iplikçik demetine sahiptir. Organizma cirri'yi aktif olarak avlanırken yüzmek ve yürümek için kullanabilir.

Larson ve meslektaşları, hareketlerini ağır çekimde incelemek için bu küçük yırtıcıların mikroskobik görüntülerini yakaladılar. Araştırmacılar 32 farklı bacak hareketi kombinasyonu belirlediler ve belirli kombinasyonların birbirini takip etme olasılığının daha yüksek olduğunu buldular.

Cirri, hücrenin iskele yapılarının geri kalanı (hücre iskeleti) gibi tübülin liflerinden yapılmıştır. Bu lifler aynı zamanda farklı sirküler arasında bir destek yapısı görevi görerek bir tür mekanik iletişim işlevi görürler.

UCSF biyofizikçisi Wallace Marshall, "Euplotes bu bağlantıları ayrıntılı bir yürüme hareketini kolaylaştırmak için kullanıyor" diye açıklıyor.

Bilgisayar modellemesi, lifler üzerindeki gerilimin, her an hangi cirri pozisyonları düzeninin mümkün olduğunu belirlediğini ortaya çıkardı. Bazı sirriler, yürüyüşün farklı aşamalarında stresi depolar; bu stres serbest bırakıldığında, hücreyi bir sonraki duruma ilerlemeye iter ve bu durumlar arasında döngüsel bir geçişe neden olur.

Marshall, "Euplotes'un uzantılarının rastgele olmayan bir şekilde bir durumdan diğerine hareket etmesi, bu sistemin ilkel bir bilgisayar gibi olduğu anlamına gelir" diyor.

Araştırmacılar, Euplotes'i tubulin liflerinin eşzamanlı reaksiyonlarını bozan bir ilaca maruz bıraktıklarında, hücrenin yürüyüşünü düzensizleştirdi ve zavallı yaratıkların boş dairelerde yürümesine neden oldu.

Yürüyüşleri hala düzenliydi, ancak artık etkili harekete izin verecek şekilde koordineli değildi. Uzantılar arasındaki saat gibi işleyen bağlantılar, hücrenin ilerlemesini sağlamak için artık sarılamaz ve sıfırlanamazdı.

 

 

Yani bu tek hücreli canlılar beyin ve sinirlerden ziyade sinyal molekülleri ağları tarafından kontrol ediliyor. Bu tür sistemlerin mikroplarda karar verme, öğrenme ve labirentlerde gezinme gibi şaşırtıcı derecede karmaşık davranışları nasıl başarabildiğini daha önce görmüştük.

Bu lokomotif sisteminin mekanik işleyişi hakkında daha anlaşılması gereken çok şey var, ancak şimdi sıralı davranışlar oluşturmak için rastgele moleküler süreçlerin nasıl kullanılabileceğine dair örnekler listesine yürümeyi ekleyebiliriz.

Bu araştırma Current Biology'de yayınlandı.