Физики объяснили метахрональные волны в массиве микротрубочек

Метахрональные волны можно обнаружить на простейших организмах, таких как насекомые. Ученым удалось объяснить сходство между массивами микротрубочек и метахрональными волнами.

Исследовательская группа из США поместила скопление микротрубочек в аденозинтрифосфатный раствор совместно с кинезином и получила метахрональные волны.

В ходе исследований ученые построили математическую модель, которая учитывает силы сопротивления, действуя на микротрубочки. Результаты были сравнены с более старыми анализами данных.

Ученые пришли к выводу, что в массиве микротрубочек образуются метахрональные волны под воздействием гидродинамических эффектов.

Данные исследования были напечатаны в научном журнале «Physical Review Fluids». В качестве примера объекта исследования была взята многоножка. При внимательном изучении насекомого можно отметить движущиеся волны при движении многоножки.

Волна образуется в виде сжимающихся и разжимающихся линий. Кажется, будто бы насекомое движется быстрее, чем кажется. Однако задние лапки никуда не деваются и остаются на своих местах, создавая иллюзию постоянного движения.

На самом же деле конечности многоножки опаздывают в движениях, но за счет того, что насекомое отталкивается от поверхности можно наблюдать движение многоножки.

Точно такую же природу движения можно увидеть у гребневиков, а также у большинства червей. Одноклеточные организмы формируют такие же иллюзии при движении.

Ученых больше всего интересует не сама природа движения, а значимость метахрональных волн на микроскопическом уровне. В ходе исследований было доказано, что метахрональные волны позволяют организмам двигаться быстрее.

Метахрональные волны при более детальном изучении также помогают выделять слизь организмов. Ученым также удалось зафиксировать, что такие волны на самом деле могут формироваться при наличии ресничек у организмов. При нарушении работы ресничек могут возникнуть проблемы с двигательным аппаратом.

К сожалению, пока не изучено точное предназначение ресничек, но версия ученых такова, что на метахрональные волны влияют специфические гидродинамические эффекты.

Первые исследования ресничек проводились при помощи математической модели на простейших системах. В качестве объекта исследования выступали микротрубочки длиной до сотни микрометров.

Опустив массив микротрубочек на простейшей системе в раствор кинезина, удалось получить интересные результаты. В первую очередь было выяснено, что с ростом кинезина метахрональное движение превращалось в более выраженное.

Также движение метахрональных волн зависит от состояния пластинок. Стоит помнить, что пластинчатые элементы присутствуют между трубочками, которые зажимают пластинки. В итоге при их расширении метахрональные волны были видны более отчетливо.

Было выяснено, что при увеличении жесткости микротрубочек уменьшалось количество метахнрональных волн. Отмечалось даже полное пропадание метахрональных волн при большом показателем жесткости.

Данные исследования биологов могут помочь при лечении болезней, а также помочь исследовать более подробно природу поведения простейших биологических организмов.

Фото:pda.diary.ru