Due tipi di ciglia in un paramecio

I parameci sono microrganismi unicellulari che vivono in ambienti di acqua dolce e marina. Appartengono al phylum Ciliophora, i protozoi ciliati. Un ciglio è una struttura corta simile a un capello che sporge dalla membrana cellulare di un organismo. Un paramecio ha migliaia di ciglia che battono ritmicamente, fornendogli un modo per muoversi e trascinare il cibo nel suo solco orale. Gli scienziati hanno scoperto che diversi motori biochimici alimentano la funzione delle ciglia nel paramecio.

I parameci sono disponibili in molte specie e hanno una lunghezza compresa tra 50 e 330 micrometri, all'incirca da un millesimo a un centesimo di pollice. La membrana cellulare, o pellicola, è interamente ricoperta di ciglia. I parameci mangiano batteri, alghe e altre minuscole creature ingerendoli attraverso un solco orale ricoperto di ciglia che va dalla parte anteriore della cellula fino al punto medio. Il paramecio nuota battendo le sue ciglia all'unisono, ma le ciglia che circondano il solco orale battono con un ritmo diverso.

La struttura di un ciglio è un fascio di microtubuli, noto come assonema, che è attaccato a un corpo basale sulla superficie cellulare. Un microtubulo è composto da circa 13 protofilamenti, lunghi cilindri che si allineano uno accanto all'altro per formare la forma del tubo cavo del microtubulo. Un assonema contiene nove paia esterne di microtubuli doppi e due microtubuli singolari centrali. Vari ponti collegano i membri di entrambi gli array di microtubuli e collegano i due array tra loro. Le proteine ​​note come motori molecolari fanno battere le ciglia.

Un ciglio batte perché alcuni motori molecolari cambiano forma. I motori traggono energia dall'adenosina trifosfato, o ATP, il biochimico universale per l'accumulo di energia. Quando una reazione chimica libera un gruppo fosfato dall'ATP, i motori molecolari all'interno dei ponti di collegamento tra gli assonemi ruotano. Il risultato è che un microtubulo si muove rispetto a un altro e mette in movimento le ciglia. Mentre le strutture delle ciglia che spingono un paramecio sono identiche alle strutture che spingono il cibo dentro sua bocca, le due azioni utilizzano motori molecolari diversi e operano a frequenze diverse e punti di forza.

Nel 2013, i ricercatori della Brown University guidati dallo studente laureato Ilyong Jung hanno manipolato la viscosità del liquido che circonda la paramecia. Partendo dall'acqua, hanno aumentato la densità del liquido fino a sette volte. Hanno scoperto che una viscosità più elevata rallentava le ciglia che nuotavano, ma influenzava poco le ciglia che si nutrivano. Raddoppiando la viscosità si riduceva l'azione del nuoto di circa la metà, ma anche con un aumento di sette volte, le ciglia di alimentazione rallentavano solo del 20% circa. Poiché tutte le ciglia condividono la stessa struttura, solo una differenza nel motore molecolare può spiegare i risultati. Il lavoro continua per determinare gli esatti meccanismi sottostanti.