Найдены "танцующие" водоросли
 Колония зеленой водоросли вольвокса (Volvox); виден внешний слой из соматических клеток и внутренние шаровидные дочерние колонии (Рисунок с сайта http://web.duke.edu). (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Объектом для исследования послужила широко распространенная зеленая водоросль – вольвокс (Volvox), представляющая собой сферическую колонию одноклеточных жгутиковых водорослей от 0,5 до 3 мм в диаметре. Всего в колонию вольвокса входит несколько десятков тысяч клеток, причем имеются два типа клеток – соматические, образующие внешний слой колонии и половые, участвующие в формировании внутренних дочерних колоний. Полость колонии заполнена слизью, а внешние соматически клетки несут по два жгутика, которые и обеспечивают движение всей колонии в толще воды, как правило, являющееся вращением вокруг своей оси.
Исследователи выявили, что колонии вольвокса, образуют агрегации под поверхностной пленкой воды. Было отмечено два типа поведения вольвокса в подобных скоплениях. Первый был назван "вальс", когда две колонии вращаются вокруг друг друга, подобно тому, как планета, вращается вокруг солнца. Второй тип поведения получил название "менуэт", при котором колонии вибрируют вперед и назад, так, как если бы они были связаны между собой эластичной нитью. Первоначально ученые предположили, что подобное привлечение столь просто устроенных организмов друг к другу является следствием хемотаксиса – двигательной реакции организмов в ответ на выделение определенного химического вещества, однако, дальнейшие эксперименты показали, что это не так.
Из-за своей сферической формы, вольвокс является практически идеальным модельным объектом для изучения динамики потоков жидкости, индуцируемых биологическими организмами. Ученые кафедры прикладной математики и теоретической физики Кембриджа (Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics, Cambridge, UK) разработали математическую модель, которая показала, что описанные два различных "танца" водоросли возникают в результате влияния поверхностной пленки воды на микропотоки жидкости, образующиеся вокруг колонии вольвокса в результате биения большого числа жгутиков. Наблюдения за движением колоний впервые визуально продемонстрировало наличие этих токов. Ранее наличие подобных токов предполагалось при возникновении скоплений около поверхности жидкости плавающих бактерий или сперматозоидов.
Помимо описания чисто физических процессов, происходящих в жидкостях, полученные данные имеют и биологическое объяснение. Они демонстрируют, какие именно механизмы участвуют в объединении водорослей вблизи поверхности воды, где циркуляционные потоки способствуют повышению вероятности успешного оплодотворения во время полового размножения вольвокса.
Жгутики вольвокса практически идентичны по строению с ресничками и жгутиками некоторых клеток человека, координация движения которых чрезвычайно важна в процессах оплодотворения, эмбрионального развития, а также в функционировании дыхательной системы. Данные о работе жгутикового аппарата вольвокса потенциально имеют более широкое применение и в области медицины.
Проведенные исследования также вносят вклад в наше понимание возникновения в процессе эволюции перехода от одноклеточных форм жизни к колониальным и многоклеточным. Новые данные о коллективном поведении колониальных водорослей позволят приблизиться к открытию важнейших эволюционных преобразований приведших к возникновению более сложно устроенных организмов.
Также по теме:
Источники: