За една клетка човешкото тяло е гигантски лабиринт от тъкани, химикали и капиляри, пълни с трилиони други клетки. По някакъв начин, сред целия този безумен лабиринт, повечето клетки все пак успяват да достигнат своите дестинации.

Как го правят? Много клетки използват химиотаксис - по същество способността за навигация чрез усещане за присъствието или отсъствието на химически атрактанти (привлекателни вещества) в околната среда. Сперматозоидите използват химиотаксис, за да намерят яйцеклетките, белите кръвни клетки го използват, за да се обединят около местата на инфекция, а раковите клетки го използват за метастазиране през уязвимите тъкани.

И така, може ли амебата да използва химиотаксис за решаване на най-известния лабиринт в света? Точно това се случило в ново проучване, публикувано в списание Science.

За да изпробват силата на специфична форма на химиотаксис, използвана от най-отдалечените клетки, изследователите създават миниатюрни версии на лабиринта от жив плет в двореца Хамптън Корт (някога резиденция на крал Хенри VIII и неговите потомци) плюс десетки други микроскопични лабиринти с различна сложност .

Забележително е, че когато пускахме амебите в тези лабиринти, те се хвърляха към изходите с невероятна точност, използвайки химиотаксис, за да избягват задънените улици, преди дори да са стигнали до тях, разказа авторът на изследването Робърт Инсал.

"Клетките не чакат някой да им каже какво да правят", казва Инсал, професор по математическа и изчислителна клетъчна биология в Университета на Глазгоу в Шотландия, пред Live Science. "Разграждайки химикалите пред тях, те знаят кой клон на лабиринта води до задънена улица и кой води [до изхода]. Това е абсолютно невероятно."

Клетки в лабиринт
В новото си изследване изследователите се фокусирали върху специфична форма на клетъчна навигация, наречена "самогенериран" химиотаксис. Той разчита на проста философия: клетките искат да се преместят от зони с по-ниска концентрация на атрактант (в този случай киселинен разтвор, наречен аденозин монофосфат) в области с по-висока концентрация.

В изследването клетките трявало да избират между множество разклоняващи се пътеки в лабиринт. За да определят кой клон съдържа по-високата концентрация на атрактант, клетките разграждат молекулите пред себе си, поради което атрактантът от близките райони се разпространява към тях. Докато клетките се движат напред, атрактантът пред тях се изчерпва все повече и повече; в крайна сметка атрактантът в в къси задънени разклонения на лабиринта се изчерпва напълно дори преди клетките да стигнат дотам. Когато се сблъскат с къс, изчерпан клон и дълъг клон, запълнен с атрактант, клетките никога няма да поемат по задънения, казва Инсал.

Изследователите илюстрират това явление с компютърни модели в началото на своето проучване, но искат да го видят и в действие. И така, те създават над 100 микроскопични лабиринта, като издълбаха жлебове върху силиконов чип, като всеки път е с размери между 10 и 40 микрона. За сравнение, най-тънките човешки косми са с диаметър около 20 микрона.

Лабиринтите варирали от лесни  - с едва няколко разклонения на пътя преди изхода, до трудни - с дълги задънени пътеки, и даже невъзможни. Ученият разказва, че репликата на лабиринта Traquair Maze в Шотландия трябвало да бъде бракувана, защото всички амеби умирали, преди да стигнат края му.

Изследователите наводнили тези лабиринти с течен атрактант. В началото на всеки лабиринт пускали почвени амеби, наречени Dictyostelium discoideum. Те се подреждали и започвали да плуват напред, разграждайки молекулите в течностите пред тях. Разрешаването на най-дългите лабиринти отнема около 2 часа на здравите клетки, казва Инсал, докато по-късите те преодолявали само 30 минути.

Клетките в реалния живот се представили точно както прогнозирали моделите на екипа. Когато са изправени пред избора между кратък задънен път и дълъг път, водещ към изхода, клетките винаги избират дългия път. В по-трудни лабиринти, включващи задънени пътеки, които са също толкова дълги, колкото верния път, клетките избират правилно в около 50% от случаите. И в двата случая клетките, които са влезли първи в лабиринта, е най-вероятно да стигнат до изхода; клетките се объркват, когато във възможните пътища, включително правилния, конкурентите изчерат привлекателните химикали и не е останала информация накъде да тръгнат.

"Количеството информация, което клетките могат да прочетат чрез разграждането на химикалите, е много по-комплексно, отколкото някой си е мислил", казва Инсал. "Това ни кара да мислим, че повечето биологични проблеми, при които клетките трябва да намерят път от едно място на друго, почти сигурно използват механизъм като този."

Въпреки че проучването се фокусира върху амеби, изследователите смятат, че резултатите трябва да са валидни за която и да е от клетките в човешкиото тяло - било то кръвни клетки, стремящи се през тъканите да достигнат до инфекция, или ракови клетки на глиобластома, плуващи по каналите на бялото вещество в мозъка. Видът на атрактанта вероятно е различен във всяка ситуация и в много случаи все още е неизвестен за учените.