Forskare har gjort ett avgörande genombrott i jakten på att förstå hur encelliga grönalger kan hålla reda på ljuset när de simmar.

Ett team av forskare från University of Exeters flaggskepp Living Systems Institute har upptäckt hur modellalgen Chlamydomonas till synes kan skanna miljön genom att ständigt snurra runt sin egen kroppsaxel i en korkskruvrörelse. Detta hjälper den att reagera på ljus, som den behöver för fotosyntesen.

Den lilla algen, som finns rikligt i sötvattendammar över hela världen, simmar genom att slå sina två flageller, hårliknande strukturer som antar en piskliknande rörelse för att flytta cellen. Dessa flageller slår ungefär på samma sätt som flimmerhåren i människans andningsorgan.

Chlamydomonas-celler kan känna av ljus genom en röd ögonfläck och kan reagera på det, känd som fototaxi. Cellen roterar stadigt när den driver sig själv framåt med hjälp av ett slags bröstsim, med en hastighet av ungefär en eller två gånger i sekunden, så att dess enda öga kan skanna den lokala miljön.

Dock, den invecklade mekanismen som gör att algen kan uppnå denna spiralformade simning har tidigare varit oklart.

I den nya studien, forskarna utförde först experiment som avslöjade att de två flagellerna faktiskt slog i plan som är något sneda från varandra.

Sedan, skapa en sofistikerad datormodell av Chlamydomonas, de kunde simulera flagellarrörelsen och återge det observerade simbeteendet.

Forskarna upptäckte att flagellerna kunde flytta Chlamydomonas medurs med varje kraftslag, och sedan moturs på det omvända slaget – liknande hur en simmare vaggar fram och tillbaka när han byter från en arm till en annan. Förutom här känner cellen ingen tröghet.

Vidare, de härledde också hur enkelt genom att utöva lite olika krafter på de två flagellerna, algen kan till och med styra, snarare än att bara röra sig i en rak linje.

Forskarna kunde visa att genom att lägga till ytterligare inflytande, som ljus, algen kan navigera åt vänster eller höger genom att veta vilken flagell som ska stryka hårdare än den andra.

Dr Kirsty Wan, som ledde studien sa:"Frågan om hur en cell fattar dessa typer av exakta beslut kan vara en fråga om liv eller död. Det är en ganska anmärkningsvärd bedrift av både fysik och biologi, att en enda cell utan nervsystem att tala om kan göra detta...Det är ett urgammalt mysterium som min grupp för närvarande arbetar hårt för att lösa."

För studien, forskarna kunde testa olika scenarier för att avgöra vilka variabler som påverkade banan. Deras studie visade att genom att variera olika parametrar, som om en flagella är något starkare än en annan, flagellans lutningsplan eller dess slagmönster, algerna kan manipulera sin egen rörelse.

Teammedlem Dr Dario Cortese tillade:"Överensstämmelsen av vår modell med experimenten är verkligen förvånande, att vi effektivt kunde fånga flagellans komplexa 3D-slag med en mycket enkel rörelse av en pärla som går runt i cirklar."