Научные исследования и технические разработки
по физике. Новости, факты, люди, интервью. Теория и практика.
Каталог статей. Каталог ссылок. Форум. Научно-технические разработки.
Документация, библиотека.
Палата мер и весов. Работа
для физиков. Юмор, сатира, лирика.
При коллективном движении нематод проявляется «Cheerios-эффект» - они начинают притягиваться друг другу, подобно колечкам сухого завтрака. Что происходит, когда крошечные червячки нематоды под действием физических законов сбиваются в кучу и плывут в тонком слое жидкости? Почему физики изучают движение этих паразитов? Журнал Soft Matter, первое издание в области междисциплинарных исследований по физике, химии и биологии, рассказывает о работе американских ученых.
На этот раз червяки-паразиты, которые участвуют во многих биологических исследованиях, обратили на себя внимание физиков и инженеров. Речь идет о так называемом «Cheerios-эффекте», который проявляется при коллективном движении нематод. Как он влияет на движение этих паразитов?
В механике жидкостей под этим явлением понимают стремление маленьких смачиваемых плавающих объектов притягиваться друг к другу. Так колечки сухого завтрака «Cheerios» притягиваются друг к другу или к стенкам сосуда, похожим образом ведут себя пузыри на поверхности пива в кружке или мыльные пузыри. Физики объясняют этот эффект наличием поверхностного натяжения воды и плавучестью. Подробно Cheerios-эффект описали несколько лет назад гарвардские физики Доминик Велла (Dominic Vella) и Лакшминарайанан Махадеван (Lakshminarayanan Mahadevan), построившие динамическую модель взаимодействия плавающих частиц.
Выяснить, как повлияет Cheerios-эффект на движение крошечных биологических объектов, решили их коллеги из Виржинии (Virginia Tech). Син Гарт (Sean Gart) и Сун Гван Чжун (Sunghwan Jung) исследовали поведение нематод (Panagrellus redivivus), которые обитают в тонком слое воды толщиной меньше человеческого волоса. В таком окружении нематоды могут перемещаться, сокращая крошечное тельце. Мы заинтересовались этой работой после того, как понаблюдали за перемещением нематод, которые, подобно колечкам сухого завтрака, склеиваются друг с другом на поверхности жидкости и продолжают двигаться коллективно, рассказывает Чжун. Как при этом меняется скорость движения отдельной нематоды?
Опыты с нематодами, утверждают ученые, это первая демонстрация Cheerios-эффекта, проявляющегося у живых существ, который раньше не изучался подробно в локомоции (движении) биологических организмов. При случайных столкновениях нематоды склеиваются и продолжают коллективное движение, обусловленное наличием поверхностного натяжения в тонкой пленке, которое «перевешивает» мускульную активность отдельной нематоды. Однако результаты опытов говорят о том, что группирование нематод не дает им никаких механических преимуществ при движении, как, впрочем, и не мешает перемещению.
Исследование движение биологических организмов в тонких пленках, в свою очередь, поможет материаловедам лучше понять происходящее в таких системах, как например, эмульсии Пикеринга, которые стабилизируются коллоидными частицами (коллоидные частицы могут вести себя как молекулы поверхностно-активных веществ и стабилизируют пену или эмульсию, скапливаясь на границе раздела жидкостей).
