Ембриони на морски звезди се завъртат във формация, която е точно като жив кристал

Морските звезди се привличат една друга чрез въртене. (Tan et al, Nature, 2022)

Малки желатинови петна въртят перфектни пируети във водата – движението им предизвиква сила, която привлича техните съседи. Когато достатъчно от тях се съберат заедно, този синхронизиран танц ги подрежда в прецизни шестстранни, подредени, повтарящи се модели, точно като въглеродните атоми в графен кристална структура.

Но това не са атоми или някакъв вид нежива материя, управлявана само от силите на физиката – те са живи, самодвижещи се, ембрионални морски звезди ( Patiria miniata ).

Въртящи се ембриони на морски звезди, събиращи се в жив кристал. (Тан и др., Природата , 2022)

„Знаем, че имаме кристали от много материали, но никога не сме свързвали формирането на кристал с компоненти, които всъщност са живи“, физикът от MIT Никта Фахри каза Природата .

„Това беше абсолютно забележително явление, за което никога досега не е съобщавано.“

Фахри, физикът от Масачузетския технологичен институт Цер Хан Тан и колеги изучават активна материя – системи, при които всеки отделен компонент (като птица в стадо или клетка в капка вода) използва енергия, за да се движи, изкарвайки цялата група от баланс със заобикалящата я среда.

Подобно на обикновената материя, тези системи също могат да имат изненадващи, възникващи свойства . „Кристалите“ на морската звезда не са изключение.

Всеки ембрион се върти в лява посока, използвайки своите подобни на коса реснички. Когато достатъчно индивиди се съберат на повърхността на водата, спонтанни вълни започват да текат през структурата, която са образували.

Те са много мащабни вълни, големи колкото самия кристал, обяснява Фахри.

Модел на вълничките със стрелки и цветно кодиране, за да укаже посоката на всеки ембрион. (Тан и др., Природата , 2022)

„Можехме да видим как този кристал се върти и поклаща много дълго време, което беше абсолютно неочаквано“, казва Александър Митке, теоретичен биофизик в MIT и автор на изследването.

„Бихте очаквали тези вълни да изчезнат бързо, защото водата е вискозна и би намалила тези трептения. Това ни каза, че системата има някакво странно еластично поведение.

Изследователите са моделирали движенията на ембрионите, за да видят как въртенето им привлича вода към себе си. Това от своя страна привлича техните въртящи се съседи също към себе си, в реципрочна притегателна сила.

Но тази вода, която в крайна сметка тече надолу, също създава друга хоризонтална сила, която не е реципрочна в системата. Това кара и цялата кристална структура да се върти.

Както цялостното въртене, така и вълните демонстрират физичните характеристики на странна еластичност . Странно е, защото според класическите закони на физиката, простото деформиране на изолиран твърд обект, като например кристал, плаващ във вода, при специфичен набор от обстоятелства не би трябвало да го захранва през околната среда.

Въпреки това, ако даден обект се състои от активни компоненти, тази цялостна промяна на формата може да има някои интересни механични свойства.

Поне това е теорията. В действителност това все още е област от физиката, която се изследва.

В природата се появяват някои интригуващи възможности. Подобно явление също е имало наблюдавани преди във водораслите .

Въртящата се кристалоподобна структура се разсейва след около 30 часа. (Тан и др., Природата , 2022)

След като малките морски звезди образуват плаващата, жива кристална структура, тя се държи заедно дни наред, преди развитието на ембрионите да ги промени достатъчно, за да разруши модела.

По-доброто разбиране на тези живи физически свойства може да ни помогне да разработим нови технологии.

„Представете си да изградите рояк от меки, въртящи се роботи, които могат да взаимодействат един с друг като тези ембриони,“ казва Фахри.

„Те могат да бъдат проектирани да се самоорганизират, за да се вълнуват и да пълзят през морето, за да вършат полезна работа. Тези взаимодействия отварят нова гама от интересна физика за изследване.

Колкото до това защо малките галактики морски звезди – да, морските звезди имат най-съвършеното събирателно съществително! – образуват кристални структури, когато се събират, в момента това е мистерия.

Въпреки това, този жив кристален феномен е малко вероятно да се среща естествено в дивата природа тъй като ембрионите на морски звезди обикновено не висят на повърхността на водата.

Това изследване е публикувано в Природата .

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.