Size-dependent self-avoidance enables superdiffusive migration in macroscopic unicellulars

多头绦虫 多细胞生物 觅食 生物 计算机科学 进化生物学 生物系统 生态学 细胞 细胞生物学 遗传学
作者
L. Tröger,Florian Goirand,Karen Alim
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:121 (13) 被引量:2
标识
DOI:10.1073/pnas.2312611121
摘要

Many cells face search problems, such as finding food, mates, or shelter, where their success depends on their search strategy. In contrast to other unicellular organisms, the slime mold Physarum polycephalum forms a giant network-shaped plasmodium while foraging for food. What is the advantage of the giant cell on the verge of multicellularity? We experimentally study and quantify the migration behavior of P. polycephalum plasmodia on the time scale of days in the absence and presence of food. We develop a model which successfully describes its migration in terms of ten data-derived parameters. Using the mechanistic insights provided by our data-driven model, we find that regardless of the absence or presence of food, P. polycephalum achieves superdiffusive migration by performing a self-avoiding run-and-tumble movement. In the presence of food, the run duration statistics change, only controlling the short-term migration dynamics. However, varying organism size, we find that the long-term superdiffusion arises from self-avoidance determined by cell size, highlighting the potential evolutionary advantage that this macroscopically large cell may have.
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