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紧紧挤压时闪烁明亮 单细胞生物如何照亮海洋

作者: 武汉新闻网 更新时间: 2020年07月07日 15:01:53 游览量: 80

简述:

研究解释了单细胞海洋生物如何产生光作为对机械刺激的响应,在夜间照亮碎波。每隔几年,称为鞭毛藻的微观微生

研究解释了单细胞海洋生物如何产生光作为对机械刺激的响应,在夜间照亮碎波。每隔几年,称为鞭毛藻的微观微生物的繁殖就通过在破碎的海浪上散发出令人毛骨悚然的蓝色光芒来改变世界各地的海岸。今年在加利福尼亚南部的壮观绽放是一个特别惊人的例子。在发表在《Physical Review Letters》杂志上的一项新研究中,研究人员确定了导致这些生物中的一种发光的潜在物理原理。

紧紧挤压时闪烁明亮 单细胞生物如何照亮海洋

由剑桥大学领导的国际团队开发了基于微操作和高速成像的独特实验工具,以可视化单细胞水平的光产生。他们展示了Pyrocystis lunula物种的单细胞生物如何在其细胞壁由于机械力而变形时产生闪光。通过系统的实验,他们发现闪光灯的亮度既取决于变形的深度,又取决于变形的速度。

这种行为被称为“粘弹性”响应,这种行为在许多复杂的材料(例如带有悬浮聚合物的流体)中发现。对于像Pyrocystis lunula这样的生物,称为鞭毛鞭毛虫,这种机制很可能与离子通道有关,离子通道是分布在细胞膜上的专门蛋白质。当膜受到压力时,这些通道会打开,从而使钙在细胞的各个隔室之间移动,从而触发产生光的生化级联反应。

“尽管进行了数十年的科学研究,但主要是在生物化学领域,流体流动触发光产生的物理机制仍不清楚,”应用数学和应用系Schlumberger复杂物理系统教授Raymond E. Goldstein教授说。领导研究的理论物理学。

该论文的第一作者Maziyar Jalaal博士说:“我们的发现揭示了流体流动触发光产生的物理机制,并显示了在单细胞水平上如何做出优雅的决策。”

几千年来,生物发光一直是人类感兴趣的,因为它可以看作是海洋中夜间破浪的辉光或森林中萤火虫的火花。从亚里士多德到莎士比亚,许多作家和哲学家都撰写了有关生物发光的文章,后者在《哈姆雷特》中写道萤火虫的“不完美之火”。没有热量产生光的参考:

但是,海洋中的生物发光并不是“无效的”。相反,它用于防御,进攻和交配。就鞭毛虫而言,它们利用发光来吓倒掠食者。

当前的研究结果表明,当细胞壁的变形较小时,无论压痕形成的速度如何,光强度都较小,当压痕较大但施加缓慢时,光强度也较小。只有当振幅和速率都很大时,光强度才会最大化。该小组开发了一个数学模型,能够对这些观察结果进行定量解释,他们认为这种行为可以充当过滤器,以避免触发虚假的闪光灯。

同时,研究人员计划更定量地分析流体流中整个细胞上的力分布,这是理解海洋环境中的光预测的一步。

研究团队的其他成员是博士后研究员Hélènede Maleprade,访问了德国哥廷根马克斯-普朗克动力与自组织学院的Nico Schramma和法国ÈcolePolytechnique的Antoine Dode,以及来自法国的ÈcolePolytechnique的访问教授Christophe Raufaste法国尼斯物理研究所。

文章链接://jksh/86315.html

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