Jednoćelijski organizam Spirostomum ambiguum može za manje od pet milisekundi da smanji dužinu tela na približno četvrtinu početne veličine. Pokret je stotinama puta brži od treptaja čoveka, a ćelija ga izvodi bez mišića, kostiju ili složenog nervnog sistema.
Spirostomum je veliki trepljar koji se kroz vodu kreće pomoću brojnih sitnih dlačica. Iako se sastoji od samo jedne ćelije, sposoban je da koordinira izuzetno brz pokret čitavog tela. Brzina kontrakcije dostiže približno 100 dužina tela u sekundi.
Naučnici pretpostavljaju da ovaj refleks pomaže pri bekstvu od grabljivaca. Moguće je i da nagla kontrakcija stvara mehanički ili hemijski signal kojim jedan organizam upozorava druge u blizini. Bez obzira na funkciju, pokret je dugo predstavljao biomehaničku zagonetku.
Istraživači Državnog univerziteta Severne Karoline upotrebili su elektronsku i imunofluorescentnu mikroskopiju kako bi detaljno snimili unutrašnju strukturu ćelije. Otkrili su mrežu proteinskih vlakana raspoređenu poput ribarske mreže neposredno ispod njene spoljašnje površine.
Umesto životinjskih mišićnih vlakana, Spirostomum koristi strukture nazvane mioneme. One su sastavljene od proteina centrina i Sfi1, koji mogu da vežu jone kalcijuma. Kada koncentracija kalcijuma naglo poraste, Sfi1 menja fizička svojstva.
U normalnom stanju protein je relativno čvrst i izdužen. U prisustvu kalcijuma postaje savitljiv i skuplja se u oblik koji istraživači porede sa klupkom mokrih špageta. Hiljade takvih promena istovremeno zatežu čitavu mrežu, pa se ćelija ravnomerno sabija.
Geometrija je presudna. Kada bi sila delovala samo na jednom mestu, ekstremna brzina mogla bi da ošteti unutrašnje organele. Mreža raspoređuje pritisak duž čitavog tela i omogućava da se ćelija skupi bez kidanja sopstvene unutrašnjosti.
Ljudski mišići koriste ATP kao neposredni izvor energije. Molekul prolazi kroz hemijsku promenu, a mišićni proteini pomeraju se jedni u odnosu na druge. Kod Spirostomuma kalcijum više liči na električni prekidač: njegovo prisustvo menja oblik proteinske mreže gotovo trenutno.
Naučnici još ne znaju šta stvara početni signal, kako se kalcijum tako brzo raspoređuje kroz dugačku ćeliju niti kako se sistem vraća u početno stanje da bi pokret mogao da se ponovi. Upravo je brzo „resetovanje“ posebno važno ako se isti princip želi primeniti u tehnologiji.
Otkriće bi moglo da posluži kao inspiracija za veštačke mišiće. Današnji meki roboti koriste pneumatske komore, električna polja, temperaturne promene ili materijale sa memorijom oblika. Mnogi sistemi mogu da ostvare snažan pokret, ali nisu istovremeno brzi, mali i sposobni za veliki broj ponavljanja.
Proteinska mreža ili sintetički materijal napravljen po njenom uzoru mogao bi da pokreće mikrorobote, medicinske uređaje ili minijaturne pumpe. Takvi sistemi ne bi morali doslovno da koriste iste proteine, već bi mogli da preuzmu osnovno pravilo: promena krutosti velikog broja vlakana zateže mrežu i ravnomerno menja oblik.
Prema timu koji je proučavao ovaj organizam, poređenje ljudskog mišića i Spirostomuma slično je poređenju benzinskog i električnog pogona. Oba dovode do kretanja, ali koriste potpuno različit izvor i mehanizam.
Najveća pouka dolazi iz činjenice da izuzetno složeno ponašanje ne zahteva uvek veliki organizam. Jedna ćelija bez mozga može da izvede pokret koji je, u odnosu na njenu veličinu, brži od rada naših mišića i dovoljno precizan da ne uništi sopstvenu unutrašnjost.
S.B.
