يمد المفترس وحيد الخلية “رقبته” بمساعدة الأوريجامي

تخيل لو كانت رقبتك قابلة للتمديد بحيث يمكن لرأسك الوصول إلى متجرك المحلي أثناء جلوسك على الأريكة. وهذا من شأنه أن يكون المعادل البشري لما يستطيع حيوان مفترس وحيد الخلية أن يفعله ــ والآن تم حل اللغز الذي طال أمده حول كيفية تمديد “رقبته” لأكثر من ثلاثين ضعف طول “جسمه”.

يتم طي غشاء الخلية لهذا الكائن الحي في سلسلة من الطيات التي لا يمكن أن تتفتح وتعاد الطيات إلا بطريقة واحدة، كما اكتشف إليوت فلاوم من جامعة ستانفورد وزميلها مانو براكاش، مما يسمح له بالتمدد وإعادة الطي دون أن ينتهي به الأمر في فوضى متشابكة. . يقول براكاش: “لقد اكتشفنا معظم هذا من خلال اللعب بقطعة من الورق”.

لاكريماريا أولور هو كائن وحيد الخلية، أو الطلائعيات، يعيش في المياه العذبة ويصطاد فريسته ببروزه الشبيه بالرقبة القابل للتمديد بشكل غير عادي. اسمها يعني “دمعة البجعة”، نسبة إلى رقبتها التي تشبه البجعة وجسمها على شكل دمعة.

على الرغم من أن أغشية الخلايا مرنة للغاية، إلا أنها ليست مرنة ولا يمكنها التمدد. إذا كيف لام كان تمديد رقبته إلى هذا الطول الكبير لغزا منذ أن شوهد لأول مرة تحت المجهر في القرن السادس عشر. يقول براكاش: “لقد قارنا هذا بالعديد من الكائنات الحية الأخرى، وكان حجمه أكبر في هذا الامتداد”. “هذا هو اللغز.”

أصبح هو وفلوم مفتونين عندما رأوا لام في العينات التي جمعوها من المستنقع قبل ستة أو سبعة أعوام، وانطلقوا لحل اللغز. استخدم فلاوم عددًا من التقنيات المختلفة لتصوير الهيكل الخارجي لجسم الإنسان لام والهيكل الخلوي الداخلي، المكون من هياكل تسمى الأنابيب الدقيقة. وتقول: “لقد جربنا طرقًا مختلفة للنظر إلى الأمر لفهم ما كان يحدث”.

وكشف هذا أن غشاء الخلية لام يتم طيها إلى 15 طية، وكل طية تلتف حول الخلية لتشكل بنية حلزونية. يطلق براكاش على هذا النمط القابل للطي اسم “أوريغامي التجعيد المنحني” أو “لاكريغامي”.

ولكن كيف لام هل تقوم بفتح وإعادة طي هذه المنطقة الضخمة من غشاء الخلية دون التشابك؟ ما توصل إليه براكاش وفلوم هو أنه بسبب الطريقة التي يتم بها تثبيت الطيات بواسطة مجموعات من الأنابيب الدقيقة المتصلة بها، لا يمكن لثنية كاملة أن تتكشف مرة واحدة. وبدلاً من ذلك، يمكن فتح أو إعادة طي نقطة واحدة فقط من الثنية في أي وقت.

عندما تتحرك هذه النقاط بشكل متوازٍ إلى أعلى كل من التجاعيد الخمسة عشر، ينفتح غشاء الخلية بطريقة منظمة، مما يؤدي إلى تمديد الرقبة. عكس العملية يؤدي إلى تقصير الرقبة.

يقول فلاوم: “بدلاً من طي الورق بشكل عشوائي، كما لو كنت تريد تجعد الورق، فإنه يحتوي على حاجز توجيه يمكن طيه للخلف بنفس الطريقة في كل مرة”.

يقول براكاش إن عملية الطي والفتح مدعومة بالشعيرات النابضة، أو الأهداب، التي تغطي سطح الخلية بالكامل. فهو يتطلب طاقة لكي ينفتح ويعاد طيه، على عكس الزنبرك، ولكنه يحتاج إلى القليل جدًا لأن أغشية الخلايا تنحني بسهولة.

وعلى حد علمه، لم يكتشف أحد نمط الطي هذا من قبل. يقول براكاش: “عندما اكتشفنا ذلك، اعتقدت دائمًا أن شخصًا ما يلعب بالورق سيكتشف هذا الأوريجامي”. “انها بسيطة جدا.” ويقول إنه يمكن لأي شخص أن يصنعها بقطعة من الورق وقطعة من الشريط اللاصق.

كتب ليوناردو غورديلو وإنريكي سيردا من جامعة سانتياغو في تشيلي في مقال مصاحب: “إن تصميم الأوريغامي الذكي لعنقها يجعل الأهداب فعالة في الصيد عالي السرعة وبعيد المدى”. “إن آلية النتوء الشبيهة بالأوريغامي التي حددها فلاوم وبراكاش لديها القدرة على إلهام استراتيجيات جديدة في هندسة المواد اللينة.”

وبالفعل، يعمل براكاش وفلوم الآن على تطوير روبوتات طبية تعتمد على “لاكريجامي”. ويقول: “إذا كان لديك روبوت صغير الحجم في مساحة صغيرة جدًا، ويمكنه التوسع فجأة، فسيكون ذلك مفيدًا للغاية في العمليات الجراحية المجهرية”. “لكننا قمنا بهذا العمل لأنه جميل ولغز يجب حله. ولم نفكر في أنها مفيدة بأي شكل من الأشكال.”