科学家们在探索单细胞绿藻如何在游泳时跟踪光线方面取得了关键性突破。

埃克塞特大学旗舰生物系统研究所的一个研究小组发现，模式藻衣藻似乎能够通过不断地观察环境绕着自己的身体轴旋转。这有助于它对光合作用所需的光作出反应。

这种微小的藻类，在世界各地的淡水池塘中大量存在，它通过鞭打它的两个鞭毛（毛发状的结构）来游动，鞭毛状的结构采用鞭状运动来移动细胞。这些鞭毛的搏动方式与人类呼吸系统中的纤毛基本相同。

衣藻细胞能够通过红眼点感知光线并对其作出反应，称为趋光性。细胞以每秒一到两次的速度以蛙泳的方式向前推进，从而稳定地旋转，这样它的一只眼睛就可以扫描当地的环境。

然而，藻类实现这种螺旋式游动的复杂机制以前还不清楚。

在新的研究中，研究人员首先进行了实验，发现两个鞭毛实际上是在相互略微倾斜的平面上跳动的。

然后，他们创建了一个复杂的衣藻计算机模型，能够模拟鞭毛的运动，重现观察到的游泳行为。

研究人员发现鞭毛能够在每次用力划水时顺时针移动衣藻，然后在相反的划水时逆时针移动衣藻——类似于游泳运动员在从一只手臂切换到另一只手臂时来回摆动。除此之外，细胞感觉不到惯性。

此外，他们还推断，只要在两个鞭毛上施加稍微不同的力，藻类甚至可以转向，而不仅仅是直线移动。

研究人员能够证明，通过增加额外的影响，例如光，藻类可以通过移动来左右移动领导这项研究的万博士（Kirsty Wan）说：“细胞如何做出这些精确决定的问题，可能是生死攸关的。无论是物理学还是生物学，一个没有神经系统的细胞都能做到这一点，这是一个相当了不起的壮举……这是一个古老的谜，我的研究小组目前正在努力解决。”

在这项研究中，研究人员能够测试各种情景，以确定哪些变量影响着轨迹。他们的研究表明，通过改变不同的参数，例如如果一根鞭毛比另一根鞭毛略强，鞭毛的倾斜面或鞭打模式，藻类可以操纵自己的运动。

团队成员达里奥·科尔蒂斯博士补充说：“我们的模型与实验的一致性真的令人惊讶，我们可以有效地控制自己的运动用一个非常简单的珠子做圆周运动，捕捉鞭毛复杂的3D节拍。”

Journal Reference:

Dario Cortese, Kirsty Y. Wan. Control of Helical Navigation by Three-Dimensional Flagellar Beating. physical Review Letters, 2021; 126 (8) DOI: 10.1103/physRevLett.126.088003

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University of Exeter. "How single celled algae rotate as they swim towards the light." ScienceDaily. ScienceDaily, 24 February 2021. <www.sciencedaily.com/releases/2021/02/210224120355.htm>.

University of Exeter. (2021, February 24). How single celled algae rotate as they swim towards the light. ScienceDaily. Retrieved February 24, 2021 from www.sciencedaily.com/releases/2021/02/210224120355.htm

University of Exeter. "How single celled algae rotate as they swim towards the light." ScienceDaily. www.sciencedaily.com/releases/2021/02/210224120355.htm (accessed February 24, 2021).