Wetenschappers hebben een cruciale doorbraak bereikt in de zoektocht om te begrijpen hoe eencellige groene algen het licht kunnen volgen terwijl ze zwemmen.

Een team van onderzoekers van het vlaggenschip Living Systems Institute van de Universiteit van Exeter heeft ontdekt hoe de modelalg Chlamydomonas schijnbaar in staat is om de omgeving te scannen door constant rond zijn eigen lichaamsas te draaien in een kurkentrekkerbeweging. Dit helpt het te reageren op licht, die het nodig heeft voor fotosynthese.

De kleine alg, die overvloedig wordt aangetroffen in zoetwatervijvers over de hele wereld, zwemt door zijn twee flagellen te verslaan, haarachtige structuren die een zweepachtige beweging aannemen om de cel te bewegen. Deze flagellen slaan op vrijwel dezelfde manier als de trilhaartjes in het menselijke ademhalingssysteem.

Chlamydomonas-cellen kunnen licht waarnemen via een rode-ogenvlek en kunnen erop reageren, bekend als fototaxi's. De cel roteert gestaag terwijl hij zich voortbeweegt met een soort schoolslag, met een snelheid van ongeveer een of twee keer per seconde, zodat zijn ene oog de lokale omgeving kan scannen.

Echter, het ingewikkelde mechanisme waarmee de alg dit spiraalvormige zwemmen kan bereiken, was voorheen onduidelijk.

In de nieuwe studie de onderzoekers voerden eerst experimenten uit waaruit bleek dat de twee flagella in feite sloegen in vlakken die enigszins scheef van elkaar staan.

Vervolgens, het creëren van een geavanceerd computermodel van Chlamydomonas, ze waren in staat om de flagella-beweging te simuleren en het waargenomen zwemgedrag te reproduceren.

De onderzoekers ontdekten dat de flagella bij elke krachtslag de Chlamydomonas met de klok mee kon bewegen, en dan tegen de klok in op de omgekeerde slag - vergelijkbaar met hoe een zwemmer heen en weer schommelt wanneer hij van de ene naar de andere arm overschakelt. Behalve hier voelt de cel geen traagheid.

Verder, ze hebben ook afgeleid hoe eenvoudig door het uitoefenen van enigszins verschillende krachten op de twee flagellen, de alg kan zelfs sturen, in plaats van gewoon in een rechte lijn te bewegen.

De onderzoekers konden aantonen dat door een extra invloed toe te voegen, zoals licht, de alg kan naar links of rechts navigeren door te weten welke flagellum harder moet strijken dan de andere.

Dr. Kirsty Wan, die de studie leidde, zei:"De vraag hoe een cel dit soort precieze beslissingen neemt, kan een kwestie van leven of dood zijn. Het is een vrij opmerkelijke prestatie van zowel natuurkunde als biologie, dat een enkele cel zonder zenuwstelsel dit kan doen... Het is een eeuwenoud mysterie waar mijn groep momenteel hard aan werkt om het op te lossen."

Voor de studie, de onderzoekers konden verschillende scenario's testen om te bepalen welke variabelen het traject beïnvloedden. Hun onderzoek toonde aan dat door verschillende parameters te variëren, bijvoorbeeld als de ene flagella iets sterker is dan de andere, het kantelvlak van de flagella of het slagpatroon, de algen kunnen hun eigen beweging manipuleren.

Teamlid Dr. Dario Cortese voegde toe:"De overeenstemming van ons model met de experimenten is echt verrassend, dat we de complexe 3D-beat van de flagella effectief konden vastleggen met een heel eenvoudige beweging van een kraal die in cirkels rondgaat."