在自然界中， 一些動(dòng)物（ 例如食蟻獸） 會(huì)伸出長長的舌頭用于捕獵。這種特殊功能增加了動(dòng)物個(gè)體覓食的范圍，讓它們獲得更大的生存優(yōu)勢。

動(dòng)物界的這種行為相信不少讀者都不陌生， 但如果做到這一點(diǎn)的， 僅僅是一枚單細(xì)胞生物呢？

天鵝長吻蟲屬于原生生物， 作為一種單細(xì)胞的纖毛蟲， 它們具有非常獨(dú)特的捕食技巧。正常情況下， 其細(xì)胞形態(tài)有點(diǎn)類似于淚滴狀， 顯然稱不上特殊。但在捕食時(shí)， 它們形似長頸的吻（ 用于吸附食物的工具） 會(huì)突然向隨機(jī)方向伸長，用來搜尋、捕獲食物。

這些細(xì)胞的體長只有40微米，在不到30秒的時(shí)間內(nèi)，它們的長吻卻可以拉伸至1200微米，相當(dāng)于自身體長的30倍！完成覓食后，這個(gè)結(jié)構(gòu)又以相同的速度收縮回去。而且，這項(xiàng)能力不是一次性的，它們一生中可以伸縮超過2萬次并且不出故障，可以稱得上經(jīng)久耐用。

問題自然來了——這些連神經(jīng)系統(tǒng)都沒有的生物，是如何做到這一點(diǎn)的？具體來說，這個(gè)長長的吻平時(shí)儲(chǔ)存在哪里，又是如何反復(fù)伸展、收縮的？

近日，美國斯坦福大學(xué)的普拉卡什教授與研究生福萊姆從亞細(xì)胞層面解開了真相。研究發(fā)現(xiàn)，這種纖毛蟲的細(xì)胞膜擁有一種類似于折紙的機(jī)制，這些“折痕”的存在使得長吻可以在折疊與展開的狀態(tài)之間迅速來回切換。這一發(fā)現(xiàn)不僅破解了天鵝長吻蟲的秘密，還有望在微型機(jī)器人等領(lǐng)域發(fā)揮作用。

對(duì)科學(xué)家們來說， 這個(gè)問題其實(shí)屬于細(xì)胞形態(tài)動(dòng)力學(xué)的范疇。要探索這種極限的形態(tài)動(dòng)力行為， 前提自然是看清細(xì)胞的形態(tài)變化。在該研究中，通過利用實(shí)時(shí)活體成像、共聚焦和透射電子顯微鏡等技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)繪制了天鵝長吻蟲的亞細(xì)胞成分， 包括皮質(zhì)細(xì)胞骨架和膜結(jié)構(gòu)。

通過高分辨率成像， 研究發(fā)現(xiàn)長吻的迅速延伸是由皮質(zhì)細(xì)胞骨架的螺旋結(jié)構(gòu)支撐的。在天鵝長吻蟲的細(xì)胞骨架上，有15層螺旋狀的微管絲，它們有點(diǎn)類似于手風(fēng)琴或者折扇， 在細(xì)胞膜上形成了一道道褶皺。也就是說， 細(xì)胞的長吻在不使用的情況下， 正是通過這種類似于折紙的方式“ 折疊” 收縮了起來， 同時(shí)將大量能量儲(chǔ)存在這些褶皺中。而當(dāng)需要伸長時(shí)， 這些褶皺又依次解旋， 因此可以快速地反復(fù)向外延伸。

研究團(tuán)隊(duì)表示， 這是人們首次發(fā)現(xiàn)細(xì)胞“折紙”的案例。

接下來， 這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢也得到了解釋。我們在生活中都有體會(huì)，沿著折痕來折紙會(huì)顯得很容易。同樣，對(duì)于這些細(xì)胞來說，有序折疊的機(jī)制意味著只需要少量的能量就可以在折痕處旋轉(zhuǎn)、彎曲細(xì)胞膜，避免了拉伸細(xì)胞膜消耗的大量能量；此外，在折疊與展開狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時(shí)，需要的能量也更低。因此，這種螺旋結(jié)構(gòu)引導(dǎo)了細(xì)胞膜褶皺和有序折疊，這正是這些神奇生物快速伸縮長吻的秘密。

需要指出的是， 無論是用手風(fēng)琴、折扇，還是可以折疊壓縮的吸管來作類比，這些來自生活中的案例可以幫助我們理解褶皺的作用，但并不意味著天鵝長吻蟲的折疊方式就與這些案例完全一致。

研究團(tuán)隊(duì)還從拓?fù)鋵W(xué)的角度解釋了它們伸縮的方式。他們在細(xì)胞膜和微管絲上各自發(fā)現(xiàn)了一種拓?fù)淦纥c(diǎn)——結(jié)構(gòu)同時(shí)折疊與展開的點(diǎn)。正是這些拓?fù)淦纥c(diǎn)控制了長吻的拉伸與收縮行為。雖然拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很復(fù)雜，但研究團(tuán)隊(duì)建立了天鵝長吻蟲“折紙”放大模型，展示了長吻解旋伸長的具體方式。

就這樣， 研究團(tuán)隊(duì)首次解釋了如此簡單的細(xì)胞如何做出令人難以置信的形態(tài)動(dòng)力學(xué)動(dòng)作。對(duì)于這些科學(xué)家來說，驅(qū)使他們開展這項(xiàng)研究的重要因素就是這種生命過程的驚奇與趣味，但這項(xiàng)研究的意義還不止于滿足人們的好奇心。

研究揭示了單細(xì)胞中極端變形行為的幾何控制機(jī)制，對(duì)這種結(jié)構(gòu)的深入理解可為合成具有可變形特性的細(xì)胞骨架生物工程材料打開新的大門。此外，這項(xiàng)研究還為微型機(jī)器人提供了新的靈感。研究團(tuán)隊(duì)暢想，可展開的新型機(jī)器有望在空間望遠(yuǎn)鏡、手術(shù)機(jī)器人等不同場景中發(fā)揮作用。