首创的“折纸”解开了这种单细胞生物令人印象深刻的脖子之谜

这涉及到一些数学知识，但我们保证这是值得的。

看看它的脖子。

图片来源：Picturepest，来自 Wikimedia Commons（CC BY 2.0）

对于没有神经系统的单细胞生物来说，Lacrymaria olor 是一种令人印象深刻的捕食者。从它梨形的身体上伸出一条长长的、摆动的脖子，L. olor 在它居住的池塘里寻找猎物并吃掉。它是如何做到这一点仍然是一个谜，但两位坚定的科学家现已完成了一项为期七年的研究，证明这归因于第一个观察到的细胞“折纸”案例。

从第一次观看起，工程学副教授 Manu Prakash 就被单细胞原生生物 L 的滑稽动作迷住了。颜色。 “生活中有些事情你可以观看，然后就再也看不到了。它……只是……令人着迷，”普拉卡什告诉《斯坦福报告》。普拉卡什是第一个使用他帮助开发的 Foldscope 纸质显微镜观察这种生物的人。这种乐趣是普拉卡什研究方法的核心，他称之为休闲生物学或“老派科学”。

您可以在下面的视频中亲眼目睹令人着迷的展示。尽管没有神经系统，因此也没有通过复杂行为来应对环境的常见方式，L. olor 可以在短短 30 秒内将天鹅般的脖子伸长到原来身体长度的 30 倍以上。  

以人类的角度来说，这相当于一个身高 1.8 米（6 英尺）的人将头伸出超过 60 米（200 英尺）。

许多人都观察到了这种奇妙的行为，但直到普拉卡什和研究生埃利奥特·弗劳姆展开深入调查之前，人们还不清楚它是如何发生的。 “我们从一个谜题开始。艾莉和我问了一个非常简单的问题：这些材料从哪里来？它去哪里了？ ”

现在，他们在一个以前未知的几何机制中找到了答案。

“这是细胞折纸的第一个例子，”普拉卡什说。“我们正在考虑将其称为“lacrygami”。”

具体来说，L. olor 正在使用弯曲折痕折纸。螺旋状的薄微管包裹在细胞膜内，并包裹在精致的弯曲护罩中。每个L。 olor cell 有 15 个可以卷绕和展开以突出和缩回颈部的薄膜 - 想象一下拉出和拉入的手风琴。由于非常精细的薄膜被折叠成褶皱，因此您可以存储“无限量的材料，”弗劳姆说。 “生物学已经弄清楚了这一点。 ”

Prakash 和 Flaum 能够使用透射电子显微镜观察所有这些细胞机制。

更令人难以置信的是，一个L. olor 个体 在其一生中将完美地执行此过程超过 20,000 次。 “L. olor 受其几何形状的限制，以这种特殊的方式折叠和展开，”Flaum 解释道。

折叠膜开始展开的点在数学上被称为奇点。此时，结构同时折叠和展开。 Prakash 和 Flaum 观察到 L 中的奇点。 olor 每次伸出和缩回脖子时都会沿着完全相同的路径移动 - 总共 20,000 次 - 并且以这种方式充当该机构的控制器。

正是这一点造就了L。即使在与其密切相关的生物体中，颜色也如此独特。 “这是第一次在活细胞中描述行为的几何控制器，”普拉卡什说。

作为一名生物工程师，普拉卡什已经在考虑这一发现在仿生技术中的可能应用，包括微型机器人和在太空中建造结构的新方法。普拉卡什和弗劳姆在论文摘要中得出结论：“我们一直在寻找的在微型机器人中引入代理和嵌入式控制的蓝图可能隐藏在原生生物的几何多样性中。 ”

该研究发表在《科学》杂志上。