Zasady projektowania kształtu narządów rzęskowych

Zasady projektowania kształtu narządów rzęskowych

Badania obrazowe dokumentujące rzęski dywanowe i płomienie u larw olbrzymich omówiono w artykule z fizyki fizycznej „Flow Physica Guides morphology of ciliary organs” z laboratorium USC Kanso Bioinspired Motion Lab. Prawa autorskie: Janna Nawroth

Historia nauki składa się z szeregu zmian paradygmatu – obalenia tradycyjnych teorii i zastąpienia ich nowymi odkryciami. Laboratorium Canso for Biologically Inspired Motion w Szkole Inżynierskiej Viterbi USC jest przyzwyczajone do takich zmian paradygmatu i publikuje swoje wyniki w wiodących czasopismach.

Najnowsza praca naukowa laboratorium, opublikowany W Fizyka przyrody Badania te zatytułowane są „Fizyka przepływu kieruje morfologią narządów rzęskowych” i dostarczają nowego zrozumienia związku pomiędzy dwoma odrębnymi mechanizmami pompowania płynów w organizmach: modelem „płomienia” i modelem „dywanu” kanałów rzęskowych.

U ludzi tkanka rzęskowa pompuje płyn do dróg oddechowych, komór mózgu, kanału kręgowego i układu rozrodczego. Rzęski te mają wygląd przypominający dywan – wyobraźcie sobie gęstą warstwę krótkich włókien prostopadłą do powierzchni komórek nabłonkowych. Wiele zwierząt ma również kanały o uderzająco odmiennym układzie rzęsek: wzór płomienia rzęskowego, w którym stosunkowo długie, ciasno upakowane rzęski pulsują wzdłużnie wzdłuż wąskiego światła.

Płomieni rzęskowych nie obserwuje się u dużych organizmów wielokomórkowych, takich jak ludzie, co prowadzi do zrozumienia, że ​​te dwie formy, dywan i płomień, różnicują się w procesach ewolucyjnych. Jednak profesor Eva Kansu i jej zespół badaczy, w szczególności współautorka badania Feng Ling, doktorantka na Uniwersytecie Południowej Kalifornii i naukowiec Jana Noroth, odkryły, że rozróżnienie tak naprawdę zależy od potrzeb różnych infuzji płynów.

Innymi słowy, forma podąża za funkcją. Zespół proponuje, że zbieżność projektów narządów rzęskowych wynika z ograniczeń mechanicznych, a nie ścieżki ewolucyjnej (ewolucja filogenetyczna i relacyjna).

Dywany i płomienie: zasady projektowania kształtu narządów rzęskowych

Porównanie kanałów rzęskowych z płomieniem rzęskowym i dywanikiem rzęskowym u B. mcnutti. Prawa autorskie: Fizyka przyrody (2024). doi: 10.1038/s41567-024-02591-0

W artykule przedstawiono szereg uniwersalnych zasad projektowania pomp rzęskowych: ujednolicony model płynów, który sugeruje nieoczekiwaną ciągłość pomiędzy dwoma, zwykle sprzecznymi modelami. Dwa parametry strukturalne, średnica światła i stosunek rzęsek do światła, regulują różnorodność kanałów rzęskowych w ciągłym spektrum, które łączy dywany z płomieniami.

Wyniki na obu końcach spektrum wskazują maksymalne natężenie przepływu i wytwarzanie ciśnienia (zgodne z wymaganiami fizjologicznymi dotyczącymi transportu materiałów sypkich i filtracji), podczas gdy projekty pośrednie wzdłuż spektrum morfologicznego tworzą idealnie wydajne hybrydy.

Nowe odkrycia zapewniają większą przejrzystość w badaniu i leczeniu głównych chorób związanych z dysfunkcją rzęsek i gromadzeniem się płynów, w tym rozstrzeni oskrzeli, wodogłowia i ciąży pozamacicznej. Odkrycia pogłębiają także wiedzę na temat działania poszczególnych narządów. Na przykład pożary rzęskowe, które pompują płyn w celu wydalenia, stanowią modelowy system do badania chorób nerek u ludzi.

Pomimo fundamentalnego znaczenia narządów rzęskowych w fizjologii zwierząt, związek między kształtem kanału rzęskowego a jego zdolnością do pompowania płynu pozostaje w dużej mierze niezbadany ze względu na trudności w pomiarze uderzeń rzęsek i przepływu płynu w nienaruszonych kanałach endocytarnych.

Podchodząc eksperymentalnie do tego wymagającego obszaru badań i stosując modelowanie matematyczne, laboratorium Kanso proponuje nowe, innowacyjne i intuicyjne podejście. Paradoks zostaje przeformułowany w ciągłość, a wielkie wyzwanie w nauce i inżynierii staje się o krok prostsze.

więcej informacji:
Feng Ling i wsp., Fizyka przepływu kieruje morfologią narządów rzęskowych, Fizyka przyrody (2024). doi: 10.1038/s41567-024-02591-0

Dostarczone przez Uniwersytet Południowej Kalifornii

cytatDywany i płomienie: zasady projektowania kształtu organów rzęskowych (2024, 29 lipca) Źródło 29 lipca 2024 z https://phys.org/news/2024-07-carpets-flames-morphology-ciliated.html

Niniejszy dokument podlega prawu autorskiemu. Niezależnie od uczciwego obrotu w celach prywatnych studiów lub badań, żadna ich część nie może być powielana bez pisemnej zgody. Treść jest udostępniana wyłącznie w celach informacyjnych.

READ  ChatGPT zapewnia dodatkowy wzrost produktywności słabym pisarzom

Halsey Andrews

„Lekarz gier. Fanatyk zombie. Studio muzyczne. Kawiarni ninja. Miłośnik telewizji. Miły fanatyk alkoholik.

Rekomendowane artykuły

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *