Două tipuri de cilii într-un Paramecium

Paramecia sunt microorganisme unicelulare care trăiesc în medii de apă dulce și marine. Aparțin filumului Ciliophora, protozoarelor ciliate. Un cilium este o structură scurtă, asemănătoare părului, care iese din membrana celulară a unui organism. Un parameci are mii de cili care bat ritmic, oferindu-i o modalitate de a se deplasa și de a mătura mâncarea în canelura sa orală. Oamenii de știință au descoperit că diferite motoare biochimice alimentează funcția cililor în parameciu.

Paramecia vine în multe specii și are o lungime cuprinsă între 50 și 330 micrometri - aproximativ o miime până la o sutime de inch. Membrana celulară, sau peliculă, este acoperită cu cilii. Paramecia mănâncă bacterii, alge și alte creaturi minuscule, ingerându-le printr-o canelură orală acoperită de cili, care merge de la partea din față a celulei până la punctul mediu. Parameciul înoată în jurul său, batându-și cilii la unison, dar cilii care înconjoară canelura orală bat într-un ritm diferit.

Structura unui cilium este un pachet de microtubuli, cunoscut sub numele de axonem, care este atașat la un corp bazal de pe suprafața celulei. Un microtubul este compus din aproximativ 13 protofilamente, cilindri lungi care se aliniază unul lângă altul pentru a forma forma tubului gol al microtubulului. Un axonem conține nouă perechi exterioare de microtubuli dubli și doi microtubuli centrali singulari. Diferite punți conectează membrii ambelor matrice de microtubuli și conectează cele două matrice între ele. Proteinele cunoscute sub numele de motoare moleculare determină bătăile cililor.

Un cilium bate deoarece anumite motoare moleculare își schimbă forma. Motoarele trag energie din adenozin trifosfat sau ATP, biochimicul universal de stocare a energiei. Când o reacție chimică eliberează o grupare fosfat din ATP, motoarele moleculare din cadrul punților de legătură dintre axoneme pivotează. Rezultatul este că un microtubul se mișcă față de altul și trage cilii în mișcare. În timp ce structurile cililor care propulsează un parameciu sunt identice cu structurile care mătură alimentele gura sa, cele două acțiuni utilizează motoare moleculare diferite și funcționează la frecvențe diferite și puncte forte.

În 2013, cercetătorii de la Universitatea Brown, conduși de studentul absolvent Ilyong Jung, au manipulat vâscozitatea lichidului care înconjoară paramecia. Începând cu apa, au crescut densitatea lichidului de până la șapte ori. Au descoperit că vâscozitatea mai mare a încetinit cilii de înot, dar cu greu a afectat cilii de hrănire. Dublarea vâscozității a redus acțiunea de înot cu aproximativ jumătate, dar chiar și cu o creștere de șapte ori, cilii de hrănire au încetinit cu doar aproximativ 20%. Deoarece toate cilii au aceeași structură, doar o diferență în motorul molecular poate explica rezultatele. Munca continuă pentru a determina exact mecanismele care stau la baza.