شاهد الآلاف من الديدان “بشكل متفجر” وهي تفك تشابك نفسها من كرة معقودة في أجزاء من الثانية
يمكن للديدان أن تشتبك في عقدة عملاقة واحدة ، فقط لتتحلل بسرعة من فوضى الجرح المحكم في غضون أجزاء من الثانية. الآن ، تُظهر الرياضيات كيف يفعلون ذلك.
درس الباحثون دودة كاليفورنيا السوداء (Lumbriculus variegatus) – الديدان الرقيقة التي يمكن أن تنمو حتى يصل طولها إلى 4 بوصات (10 سم) – في المختبر ، تراقب الديدان تتشابك بالآلاف. على الرغم من أن الديدان استغرقت دقائق لتشكل كرة على شكل كرة تشبه أ تشابك مزمجر من أضواء عيد الميلاد، يمكنهم فك التشابك من الخليط في غمضة عين عندما يتعرضون للتهديد ، وفقًا لدراسة نُشرت في 28 أبريل في المجلة. علوم (يفتح في علامة تبويب جديدة).
“أردنا فهم الميكانيكا الدقيقة الكامنة وراء كيفية تغيير الديدان لديناميكيات حركتها لتحقيق التشابك وفك التشابك بسرعة فائقة” ، هذا ما قاله مؤلف مشارك في الدراسة سعد بحملة (يفتح في علامة تبويب جديدة)، أستاذ مساعد في كلية الهندسة الكيميائية والبيولوجية الجزيئية في معهد جورجيا للتكنولوجيا ، قال في أ إفادة (يفتح في علامة تبويب جديدة). “أيضًا ، هذه ليست مجرد خيوط نموذجية مثل الخيوط أو كبلات الإيثرنت أو السباغيتي – إنها تشابكات حية ونشطة غير متوازنة ، مما يضيف طبقة رائعة على السؤال.”
متعلق ب: تحصل كل من الديدان والبشر على “المأكولات الخفيفة” على الرغم من 500 مليون سنة من الانفصال التطوري
لإثارة استجابة هروب ، قام الباحثون بتسليط ضوء فوق بنفسجي على كتلة الدودة ، مما تسبب في انتشارها “بشكل متفجر”. لكن الفريق لم يفهم بعد آليات ما كان يجري في منتصف الكرة. لذلك وضعوا فقاعة دودة حية في هلام غير سام واستخدموا جهاز الموجات فوق الصوتية لمراقبة الظاهرة من الداخل. بعد وضع هذه الصور بالموجات فوق الصوتية معًا في فيلم ، رسم الفريق أكثر من 46000 نقطة بيانات لفهم “الرياضيات وراء الحركات” ، وابتكر نموذجًا رياضيًا يمكن أن يساعد في التنبؤ بمسار الهروب الدقيق لكل دودة ، وفقًا للبيان.
“ما يلفت الانتباه هو أن هذه الهياكل المتشابكة معقدة للغاية” ، هذا ما قاله المؤلف الرئيسي فيشال باتيل (يفتح في علامة تبويب جديدة)، وهو طالب دراسات عليا سابق في Georgia Tech وهو الآن زميل ما بعد الدكتوراه في الهندسة الحيوية بجامعة ستانفورد ، في البيان. “إنها هياكل مضطربة ومعقدة ، لكن هياكل الديدان الحية هذه قادرة على التعامل مع هذه العقد من أجل وظائف حاسمة.”
تنبأ النموذج بأن كل دودة ستنسج نفسها مع اثنين آخرين على الأقل ، ثم تستخدم “حركات الموجة الحلزونية” – بشكل أساسي ، تدور أجسامها مثل البراغي – عندما يحتاجون إلى الانهيار. على الرغم من أن العلماء كانوا يعرفون بالفعل أن الديدان تتحرك بهذه الطريقة ، فإن الدراسة الجديدة توضح سبب استخدامهم لهذه الحركات السريعة ، وفقًا للبيان.
هذه الدراسة هي أول نظرية رياضية معروفة للتشابك النشط وفك التشابك ، ويعتقد الباحثون أنه يمكن تطبيقها في مكان آخر.
“تخيل مادة ناعمة غير منسوجة مصنوعة من ملايين الخيوط الشبيهة بالخيوط التي يمكن أن تتشابك وتفك التشابك عند الطلب ، وتشكل ضمادة لاصقة ذكية تتشكل مع التئام الجرح ، أو مادة ترشيح ذكية تعمل على تغيير طبولوجيا المسام لاحتجاز جزيئات بأحجام مختلفة وقال بهاملا في البيان “أو خواص كيميائية”. “الاحتمالات لا حصر لها.”
