Två typer av Cilia i ett Paramecium

Paramecia är encelliga mikroorganismer som lever i sötvatten och marina miljöer. De tillhör phylum Ciliophora, den ciliated protozoa. En cilium är en kort, hårliknande struktur som sticker ut från en organismens cellmembran. Ett paramecium har tusentals cilier som rytmiskt slår, vilket ger ett sätt för det att röra sig och sopa mat i dess munspår. Forskare har upptäckt att olika biokemiska motorer driver cilia-funktionen i parameciumet.

Paramecia finns i många arter och sträcker sig mellan 50 och 330 mikrometer - ungefär en tusendel till en hundradels tum. Cellmembranet, eller pellikeln, täcks hela tiden med cilia. Paramecia äter bakterier, alger och andra små varelser genom att inta dem via en cilia-täckt munspår som löper från cellens framsida till mittpunkten. Paramecium simmar runt genom att slå sina cilier ihop, men cilia som omger det orala spåret slog till en annan rytm.

Strukturen hos ett cilium är en bunt mikrotubuli, känd som ett axonem, som är fäst vid en baskropp på cellytan. En mikrotubuli består av cirka 13 protofilament, långa cylindrar som inriktas sida vid sida för att bilda mikrotubuliens ihåliga rörform. Ett axonem innehåller nio yttre par med dubbla mikrotubuli och två centrala enstaka mikrotubuli. Olika broar förbinder elementen i båda mikrotubuli-grupperna och förbinder de två grupperna med varandra. Proteiner som kallas molekylmotorer får cilier att slå.

Ett cilium slår för att vissa molekylmotorer ändrar form. Motorerna drar energi från adenosintrifosfat, eller ATP, den biokemiska universella energilagringen. När en kemisk reaktion frigör en fosfatgrupp från ATP, svänger molekylmotorerna i anslutningsbryggorna mellan axonemer. Resultatet är att en mikrotubuli rör sig relativt en annan och drar cilier i rörelse. Medan cilia-strukturerna som driver ett paramecium är identiska med strukturerna som sopar mat in i dess mun använder de två åtgärderna olika molekylmotorer och fungerar vid olika frekvenser och styrkor.

År 2013 manipulerade forskare vid Brown University, ledd av doktoranden Ilyong Jung, viskositeten hos vätskan som omger paramecia. Från och med vatten ökade de vätskans densitet upp till sju gånger. De fann att högre viskositet sänkte simcilierna men knappast påverkade utfodringscilierna. Genom att fördubbla viskositeten minskade simningen med ungefär hälften, men även med en sjufaldig ökning sänkte utfodringscilierna bara med cirka 20 procent. Eftersom alla cilier delar samma struktur kan endast en skillnad i molekylmotorn redogöra för resultaten. Arbetet fortsätter att bestämma de exakta underliggande mekanismerna.