Glej, črv in njegova računalniška dvojčka

V naravi je črv videti kot katera koli druga glinena kroglica, ki se valja po dnu ribnika. Če pa prebodete preprosto pelin pelin, se bo ta odzval na način, kot ga glinena kroglica nikoli ne bi in izskočila v obliki rezancev, ki bi jih pastafarijanci lahko zamenjali za nekaj božanskega.

Tako je Saad Bhamla odkril svojo prvo kapljico črva v ribniku v Kaliforniji. “Takoj, ko ga udariš s palico, oživi,” je dejal dr. Bhamla, bioinženir na Šoli za kemijsko in biomolekularno inženirstvo Georgia Institute of Technology. Dr. Bhamla je srečal s črvom, ki ga je mučil leta (v dobrem smislu, pravi), dokler ni odprl lastnega laboratorija in potreboval prvi projekt.

Kalifornijski črni črv, mehke in tanke vrvi, ki so prav tako rdeče kot meso v trgovini z živili, pogosto živijo v sezonskih bazenih. Kadar so dobri časi, je črv samo črv, ki se sam pobira. Ko so časi slabi, en črv postane blod, ki se skupaj s stotinami ali tisočimi drugimi žuželkami zaplete v sluzasto, nagubano kroglico. In kot animirana kroglica preje se lahko črv giblje kot ena enota, ki ga odpihnejo plenilci ali stres.

“Visijo in zvijajo v tej kohezivni entiteti, ki se plazi naokoli,” je povedala Chantal Nguyen, podoktorska sodelavka in fizika na Inštitutu Biofrontiers na Univerzi Colorado Boulder.

Toda kako ga črv pridobi in vzdržuje? V nedavni študiji v reviji Meje v fiziki, dr. Nguyen in dr. Bhamla sta odkrila skrivnosti zmožnosti gibanja pike. To so storili tako, da so ustvarili računalniški model zapletenega kalifornijskega črnega črva.

“Bilo je tako grozljivo in zelo šokantno, a bilo je tudi lepo,” je povedal Albert Cao, podoktorski sodelavec, ki preučuje kolektivno vedenje na inštitutu Santa Fe v Novi Mehiki. Simulacije, je dejal, “utirajo pot novim vrstam modelov za podobne zapletene sisteme.”

READ  Koliko atomov je v opazovanem vesolju?

Ljudje so že od nekdaj opazovali skupine živali, ki se premikajo skupaj in skupaj: lačne črede, jate rib, roj mušic, in težke kovinske glave mosho. Toda le nekaj ljudi je imelo srečo ali zanimanje za ogled kapljic črvov.

Črv se obnaša kot trdna in tekoča, kot kroglica testa ali kroglica šampona. Za izdelavo skladne kapljice je potrebnih le 10 črvov. Meša (rdeča) približno 100.000 črvov je videti kot kepa testa za pico. Ni znane omejitve, koliko žuželk lahko naredi piko, razen vaše domišljije.

Ko je Serena Ding, raziskovalka na Inštitutu za vedenje živali Maxa Plancka, prvič videla sliko črnega črva, se ji je um razgnal. “Sprva sem bil šokiran,” je dejal dr. Ding, ki ni bil povezan s časopisom. “In potem sem bil zmeden, nato pa sem bil fasciniran.”

Dr. Ding, ki preučuje blobbing pri zelo raziskani ogorčici Caenorhabditis elegans, je njene pege C. elegans opisala kot “prekrivajoče se, kot skleda rezancev špagetov.” Kapljice črnega črva so “bolj kot špageti rezanci, ki so padli na tla,” je dejala v klicu na Zoomu in se cedila sline. “C. elegans je dobil ime po tem, da je eleganten. To so preprosto … ne.”

Toda ta neurejen delček črnega črva je ujel srce dr. Bhamle. Zanj se kapljice zdijo kot testo za pico, ki teče iz prstov. “Toda narejena je iz črvov,” je rekel. “Živi kot nočna mora.”

Februarja sta dr. Bhamla in skupina raziskovalcev v reviji opisala dinamiko črvov. Zbornik Nacionalne akademije znanosti.

Za ta dokument je eksperimente vodil Yasemin Ozkan-Aydin, zdaj inženir robotike na Univerzi Notre Dame. Ko je dr. Ozkan-Aydin izvlekel črve iz vode, so se odpravili na različne naloge, da bi se vrnili vanjo. Če vode niso dobili, so nabrekle, kar jim je omogočilo, da so bile zunaj vode 10-krat dlje kot posamezne žuželke.

READ  Starodavne sledi življenja so našli zavite v 2,5 milijarde let star rubin

“Razlog, da se zberejo, ni iz prijaznosti njihovih src, ampak z uporabo preostalih posameznikov,” je dejal Simon Garnier, biolog na tehnološkem inštitutu New Jersey. .

Dr. Ozkan-Aydin je tudi ugotovil, da se iztrebki črvov množično odmikajo od stresnih dejavnikov, kot sta svetloba in toplota. Črv na vroči plošči se bo premaknil proti hladnejšemu delu, črv pod žarometom pa se bo premaknil kot kapljica. Toda če se plošča segreje na približno 100 stopinj Fahrenheita, kar je prevroče, da bi črv preživel, madež hitro disociira. V majhnem številu se mehurček poganja z delitvijo, širjenjem, vlečenjem žuželk naprej in zvijanjem nazaj, nihanjem in zmanjšanjem trenja. Velike kapljice črvov, ki jih je zaradi velike gostote njihovih komponent težko vizualizirati, lahko potekajo na bolj zapletene načine.

Orit Peleg, fizik na Univerzi v Koloradu in avtor novega članka v Frontiers in Physics, je kapljice prvič videl na potovanju na Georgia Tech. Dr. Pelega kapljice spominjajo na biološke polimere, s katerimi je nekoč delal, kot je DNK, le da so bile kapljice vidne s prostim očesom in so bile narejene iz žuželk. Ko je dr. Peleg dr. Nguyenu pokazal videoposnetek kapljice črva, ki rešuje labirint, dr. Nguyen ni potreboval več prepričevanja za delo na žuželkah.

Dr. Nguyen je ustvaril simuliran model tako posameznih kot črnih črvov, sestavljen iz drobnih kapljic 20 enakih črvov. Vsakega črva je predstavljala vrsta nanizanih kroglic, ki so se lahko upogibale in raztezale kot pravi črv. Dr. Nguyen je v model uvedel pritrdilno silo, ki je povzročila, da so se modelni črvi oprijeli skupaj v kapljico v dveh dimenzijah.

O dr. Nguyenu in njegovih sodelavcih je dr. Cao dejal: “To ni tisto, kar počne pravi črv, kljub temu pa še vedno vizualno in kvantitativno reproducirajo vedenje blob.”

READ  Dvojčki s Kovidom pomagajo znanstvenikom razvozlati genetske korenine bolezni

V zgodnjih prototipih modela so bili simulirani črvi nesodelujoči, bodisi so se ločili od mehurčka ali čepeli na enem mestu. Dr. Nguyen se je poigraval z lepljivostjo žuželk in močjo njihovega posameznega pogona, dokler ni našel sladkega mesta, kjer bi lahko črv sčasoma nadaljeval kot ena.

Model nam kaže, da “ni te jasne delitve” med živimi materiali in neživimi materiali, je dejal dr. Peleg in dodal, da raziskovalci upajo, da bi model lahko navdihnil zapletene robote iz fleksibilnih materialov.

Raziskovalci nameravajo razširiti svoj model v tri dimenzije, da bi pridobili več informacij o tem, kako se žuželke zapletajo, zvijajo in pletejo skupaj. Dr. Garnier je predlagal, da bi ta razširitev lahko odgovorila na eno od njegovih perečih vprašanj o kapljici: kje bi črv najverjetneje želel biti znotraj kapljice.

Najboljša lokacija je po njegovem mnenju morda dovolj blizu površja, da bi zgrabil vire, vendar dovolj globoko v notranjosti, da črv ni prva obrambna linija. “Kolektivni sistemi se morajo spopasti s temi kompromisi,” je dejal. “Ko nas je preveč, ni dovolj torte za vse, stvari začnejo postajati grde.”

Na srečo ima laboratorij dr. Bhamle na milijone črnih črvov pripravljenih za cvetenje. Zaradi pandemije koronavirusa in suše so žuželke postale vroče blago, zato se laboratorij dr. Bhamle razvija sam. Nekaj ​​dni pozneje odkrije spleteno verigo črvov, ki zdrsne s stene, da bi pobegnil iz zapora.

Zjutraj, ko raziskovalci utripajo na stropni luči, se vse žuželke, ki se prosto gibljejo, zakopljejo skupaj v meglico, dokler se ne prilagodijo svetlobi in počivajo. “Pomislim:” Kakšna zabava se je dogajala tam, ko je bilo temno in hladno? Bhamla je rekel. “Težko se je ne zaljubiti vanje.”

Mojca Andreja

Nagnjena je k apatiji. Nevidni raziskovalec. Vseživljenjski guru slanine. Potovalni odvisnik. Organizator. "

Related Posts

Dodaj odgovor

Vaš e-naslov ne bo objavljen. * označuje zahtevana polja

Read also x