Der räuberische Einzeller Lacrymaria olor hat eine außergewöhnliche Strategie, seine Nahrung zu fangen: Taucht vor ihm eine potenzielle Beute auf, beispielsweise eine Amöbe oder ein Wimperntierchen, streckt er in Sekundenschnelle den Hals nach vorne. Während die Mikrobe normalerweise nur etwa 40 Mikrometer misst, kann ihr Hals 30-mal so lang werden. So kann L. olor innerhalb kürzester Zeit die nach mikrobischen Maßstäben große Strecke von 1200 Mikrometern überbrücken.
Zell-Origami
Doch wie schafft es das nur aus einer einzigen Zelle bestehende Lebewesen, den eigenen Hals so stark zu verlängern? Dieser Frage sind nun Eliott Flaum und Manu Prakash von der Stanford University in Kalifornien auf den Grund gegangen. „Das ist ein unglaublich komplexes Verhalten“, sagt Prakash. Eine Neubildung der Membran in der benötigten Größe wäre nicht in so kurzer Zeit möglich. Zudem kann L. olor den Hals ebenso schnell wieder einfahren. Doch auch eine extreme Dehnung der bestehenden Membran ist unwahrscheinlich. Denn das würde nicht nur enorme Anforderungen an deren Stabilität stellen, sondern wäre zudem äußerst energieaufwendig.
Mit hochauflösender Elektronenmikroskopie kamen Flaum und Prakash dem Trick der Mikrobe nun auf die Spur: Die Membran am Hals des Einzellers ist im Ruhezustand sorgsam in unzähligen Schichten zusammengefaltet. Die Struktur erinnert dabei an die japanische Faltkunst Origami. Dabei legt sich die Membran um ein Gerüst aus dünnen, schraubenförmigen Mikrotubuli, die so angeordnet sind, dass nur eine einzige, hocheffektive Form der Faltung möglich ist. „Dies ist das erste Beispiel für zelluläres Origami“, sagt Prakash. „Wir denken daran, es Lacrygami zu nennen.“
Spezielle Geometrie
Bei Bedarf können sich die winzigen, geschwungenen Mikrotubili-Röhrchen auf- und abwickeln und so die Membran zylinderförmig entfalten oder wieder zusammenlegen. Dieser Prozess findet im Laufe des Lebens von L. olor mehr als 20.000 Mal fehlerfrei statt. „Durch seine Geometrie ist L. olor gezwungen, sich genau auf diese Weise zu falten und zu entfalten“, erklärt Prakash. Um die Funktionsweise zu verdeutlichen, haben die Forschenden die Struktur in größerem Maßstab nachgebastelt. „Wenn man die Falten auf diese Weise anordnet, kann man eine beinah unbegrenzte Menge Material auf kleinem Raum speichern“, sagt Flaum. „Das ist eine Erfindung der Biologie.“
Davon könnte sich die Technik etwas abschauen: „Der von Flaum und Prakash identifizierte Origami-ähnliche Mechanismus hat das Potenzial, neue Strategien in der Technik der weichen Materie zu inspirieren, zum Beispiel bei der Entwicklung kleiner Geräte oder der Gestaltung aktiver mikrofluidischer Anordnungen“, schreiben Leonardo Gordillo und Enrique Cerda von der Universität Santiago de Chile, die nicht an der Studie beteiligt waren, in einem begleitenden Kommentar, der ebenfalls in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurde. Anwendungsmöglichkeiten könnte es beispielsweise in der Mikrorobotik sowie in der Weltraumarchitektur geben.
