_ Framework descoperă ceea ce face un număr mare de boabe „squishy” încep să curgă în procesele biologice

Cercetătorii Samuel Poincloux (în prezent la Universitatea Aoyama Gakuin) și Kazumasa A. Takeuchi de la Universitatea din Tokyo au clarificat condițiile în care un număr mare de boabe „squishy”, care își pot schimba forma ca răspuns la forțele externe, trec de la acționarea ca un solid la acționarea ca un lichid.

Tranziții similare apar în multe procese biologice, inclusiv în dezvoltarea unui embrion: celulele sunt „boabe” biologice „spongioase” care formează țesuturi solide și uneori curg pentru a forma diferite organele.

Astfel, cadrul experimental și teoretic va ajuta la separarea rolurilor proceselor mecanice și biochimice, o provocare critică în biologie. Descoperirile au fost publicate în jurnalul Proceedings of the National Academy of Sciences.

Imaginați-vă un morman de nisip pe o masă. Pe măsură ce ridicăm încet un capăt al mesei, acesta stă mai întâi netulburat și acționează ca un solid. Cu toate acestea, într-un unghi critic, forțele care mențin grămada de nisip împreună cedează gravitației: grămada se descompune și începe să curgă, acționând ca un lichid.

Aceasta este o tranziție de cedare, un fenomen larg studiat cu „granule”. „care nu își schimbă forma, cum ar fi nisipul sau pietrele. Cu toate acestea, „boabele” în biologie sunt adesea „squishy”, adaptându-și forma la forțele externe.

„Deși cercetarea noastră reexaminează o problemă bine studiată”, spune Poincloux, primul autor, „aceasta atinge punctul dulce de a fi suficient de complicat pentru a fi interesant și suficient de simplu pentru a dezvolta diverse abordări. Am încorporat componente interdisciplinare, cum ar fi utilizarea unui instrument biomecanic care a ajutat să diferențiem dacă „boburile” se schimbau. forme sau poziții.”

Într-adevăr, cercetătorii au abordat provocarea prin experimente, modelare pe computer și descriere geometrică. Ei au folosit inele subțiri de cauciuc ca boabe „squishy” și le-au stivuit într-un recipient. Au variat numărul de inele, densitatea „granelor” și puterea forțelor laterale aplicate inelelor.

Apoi, folosind imagini, cercetătorii au măsurat pozițiile, formele și punctele inelelor. contactul unul cu celălalt pe măsură ce lotul de inele s-a deformat. Aceste măsuri le-au permis să cuantifice cât de mult s-au schimbat inelele poziția (comportament lichid) sau forma (comportament solid). În cele din urmă, au efectuat simulări pe computer și analize geometrice pentru a înțelege rolul frecării și al interacțiunilor dintre inele.

„Am găsit surpriza principală chiar la sfârșitul proiectului”, spune Poincloux. „În mod surprinzător, o descriere geometrică simplă stă la baza tranziției de producție observată, în ciuda faptului că implică schimbări mari și complexe de formă cuplate cu interacțiuni de frecare.”

Aceste descoperiri sunt primii pași către înțelegerea modului în care boabele biologice „squishy” interacționează în viață. organisme, iar Poincloux se gândește deja la ce să facă în continuare.

„Pentru a ne apropia de țesuturile biologice, am putea, de exemplu, să modificăm interacțiunile și adăugați aderență inelă pentru a emula proteinele de legătură între celule. Pentru cei care intenționează să folosească aceste inele spongioase pentru experimente: nu uitați să puneți un capac deasupra recipientului pentru a preveni explozia a sute de inele în laborator... I. nu va dezvălui de câte ori s-a întâmplat acest incident."

(Fluierul)