Mikrobijske olimpijske igre: Superbrzi jednoćelijski atleti i njihove neverovatne spretnosti

U zimskim sportovima sportisti dostižu zapanjujuće brzine — luge prelazi 90 milja na sat, hokejaški pak leti i do 100 mph, a umetnički klizači se vrte stotina puta u minutu. Ipak, ti ljudski podvizi deluju skromno pored rekordera iz sveta mikroba: jednoćelijski organizmi plivaju, kontrahuju se ili ispaljuju strukture brzinama i snagama koje prkose intuiciji.

Kako mikrosvet 'doživljava' brzinu

Mikrobi postižu ove atletske poteze uprkos tome što im okolina pruža snažan otpor: kretanje na mikroskopskoj skali podseća na pokušaj da se skija kroz gusti med. Zbog razlika u veličini, istraživači često mere brzinu u telesnim dužinama u sekundi (broj sopstvenih dužina koje organizam pređe za jedan sekund), što omogućava fer poređenje između različitih vrsta.

Šampioni brzine

Candidatus Ovobacter propellens — jajasta bakterija otkrivena u pesku uz danske obale pokreće ~400 flagela i pliva do ~1 mm/s, što odgovara oko 200 telesnih dužina/s za organizam promera 4–5 µm.

Magnetococcus marinus je još brži po telesnim dužinama: kuglasti mikroorganizmi prečnika 1–2 µm postižu do 500 telesnih dužina/s. Ovaj mikroorganizam pliva po helicoidnoj putanji pomoću dva snopa flagela i poseduje niz magnetitnih kristala koji mu pomažu da se orijentiše prema regionima s niskim sadržajem kiseonika. Zbog toga su istraživači eksperimentalno koristili magnete da usmere ovakve bakterije ka tumorima u eksperimentalnim modelima — potencijalna primena u dostavi lekova.

Methanocaldococcus villosus, arheon iz hidrotermalnih izvora, dug je konkurent: sa više od 50 flagela dostiže oko 468 telesnih dužina/s i koristi flagele i za plivanje i za pričvršćivanje na površine poput zidova „crnih dimnjaka“.

Superbrze kontrakcije i promena zapremine

Spirostomum ambiguum — dugački protozoon od 1–4 mm — može se smanjiti na manje od polovine dužine za ~5 ms. Tokom tog skupljanja ćelija oseća ubrzanja do ~15 g. U kontrastu sa očekivanjem da bi takve sile uništile ćeliju, S. ambiguum poseduje mrežu unutrašnjih membrana koja deluje kao amortizer; kontrakcija takođe stvara tečne vrtloge koji sinhronizovano upozoravaju susede.

Pyrocystis noctiluca se ponaša suprotno: može se naduvati i do 6× svoje početne veličine za manje od 10 minuta. Ove svetleće planktonske ćelije svakodnevno migriraju vertikalno i prikazuju „praćka“ manever — usisavanjem manje slane vode smanjuju gustinu i brže se podižu ka površini.

Harpun koji probija membrane

Anncaliia algerae (miksporidija) predstavlja ekstremnu posebnost: spora dugo oko 4 µm sadrži sklopljenu „polarnu cev“ dugu ~100 µm koja se može ispaliti brzinom do ~300 µm/s. Time parazit probija sluz i ćelijske membrane domaćina i ubrzano transportuje infektivni materijal kroz usku cev — mehanizam koji još uvek nije u potpunosti razjašnjen.

Zašto nas ovo zanima?

Studije ovih „mikrobskih olimpijaca" pomažu nam da definišemo granice fizičkih mogućnosti živih bića i otkrivaju mehanizme koji mogu imati primenu u biomedicini i inženjeringu — od ciljanih sistema za isporuku lekova do inspiracije za nove mehaničke amortizere i pogonske sisteme.

„U ekstremu uvek leži dragulj,“ kaže Manu Prakash — i zaista, proučavanje najekstremnijih svojstava mikroba može doneti vredne tehnološke ideje.

Ovaj članak je adaptacija teksta iz Knowable Magazine (Annual Reviews).