Twee soorten trilhaartjes in een Paramecium

Paramecia zijn eencellige micro-organismen die in zoetwater- en mariene omgevingen leven. Ze behoren tot de phylum Ciliophora, de trilhaartjes. Een cilium is een korte, haarachtige structuur die uit het celmembraan van een organisme steekt. Een paramecium heeft duizenden trilhaartjes die ritmisch kloppen, waardoor het een manier is om te bewegen en voedsel in zijn orale groef te vegen. Wetenschappers hebben ontdekt dat verschillende biochemische motoren de trilhaartjes in het paramecium aandrijven.

Paramecia is er in vele soorten en varieert in lengte tussen 50 en 330 micrometer - ongeveer een duizendste tot een honderdste van een inch. Het celmembraan, of vlies, is geheel bedekt met trilhaartjes. Paramecia eet bacteriën, algen en andere kleine wezens door ze op te nemen via een met trilharen bedekte orale groef die van de voorkant van de cel naar het middelpunt loopt. Het paramecium zwemt rond door zijn trilhaartjes eenstemmig te slaan, maar de trilhaartjes rond de orale groef kloppen op een ander ritme.

De structuur van een cilium is een bundel microtubuli, bekend als een axoneme, die is bevestigd aan een basaal lichaam op het celoppervlak. Een microtubule bestaat uit ongeveer 13 protofilamenten, lange cilinders die naast elkaar zijn uitgelijnd om de holle buisvorm van de microtubule te vormen. Een axoneme bevat negen buitenste paren dubbele microtubuli en twee centrale enkelvoudige microtubuli. Verschillende bruggen verbinden de leden van beide microtubuli-arrays en verbinden de twee arrays met elkaar. Eiwitten die bekend staan ​​als moleculaire motoren zorgen ervoor dat trilhaartjes kloppen.

Een cilium klopt omdat bepaalde moleculaire motoren van vorm veranderen. De motoren halen energie uit adenosinetrifosfaat, of ATP, de universele biochemische stof voor energieopslag. Wanneer een chemische reactie een fosfaatgroep vrijmaakt van ATP, draaien de moleculaire motoren binnen de verbindende bruggen tussen axonen. Het resultaat is dat de ene microtubule ten opzichte van de andere beweegt en trilhaartjes in beweging trekt. Terwijl de cilia-structuren die een paramecium voortstuwen identiek zijn aan de structuren die voedsel naar binnen vegen zijn mond, de twee acties gebruiken verschillende moleculaire motoren en werken op verschillende frequenties en sterke punten.

In 2013 manipuleerden onderzoekers van Brown University onder leiding van afgestudeerde student Ilyong Jung de viscositeit van de vloeistof rond paramecia. Beginnend met water, verhoogden ze de dichtheid van de vloeistof tot het zevenvoudige. Ze ontdekten dat een hogere viscositeit de zwemmende trilhaartjes vertraagde, maar de voedende trilhaartjes nauwelijks beïnvloedde. Een verdubbeling van de viscositeit verminderde de zwemactie met ongeveer de helft, maar zelfs met een zevenvoudige toename vertraagden de voedende trilharen met slechts ongeveer 20 procent. Omdat alle trilhaartjes dezelfde structuur hebben, kan alleen een verschil in de moleculaire motor de resultaten verklaren. Er wordt nog steeds gewerkt aan het bepalen van de exacte onderliggende mechanismen.