Kiedy zaczyna się życie, zaczyna się szalona trąba powietrzna. To nie jest poezja ani filozofia. To jest nauka.
Po zapłodnieniu jaja miliardy białek wylewają się na jego powierzchnię, uwalniając oszałamiającą kaskadę wirujących wzorów. Te spiralne łuki są podstawową częścią rodzącego się podziału komórek.
„Jajo to ogromna komórka, a białka te muszą współpracować, aby znaleźć swoje centrum, tak aby komórka wiedziała, gdzie wiele razy podzielić, aby utworzyć organizm” – mówi fizyk Nikta Fakhri z Massachusetts Institute of Technology.
„Bez tych białek wytwarzających fale nie byłoby podziału komórek”.
W ramach nowych badań Fakhri i jego koledzy badali, jak wyglądają te fale wirowe, badając ich wzory propagacji na błonach komórkowych jaj gwiazd morskich (Patiria miniata).
Oprócz zrozumienia biologii oocytów rozgwiazdy, naukowcy chcieli zobaczyć, jak te wzorce można porównać do podobnych zjawisk falowych w innych typach układów – przykłady tego, co fizycy nazywają defektami topologicznymi.
Jak wyjaśniają naukowcy w artykule, podobne typy burzliwych zachowań można zaobserwować zarówno w materii fizycznej, jak i biologicznej. W skali od kosmologicznej do nieskończenie małej, od wirujących wirów w atmosferach planet po sygnały bioelektryczne w sercu i mózgu.
Jednakże, chociaż można prześledzić podobieństwa, ich natura pozostaje niezbadana.
„Pomimo tak znaczącego postępu w zrozumieniu defektów topologicznych i ich konsekwencji funkcjonalnych, nie jest jeszcze jasne, czy prawa statystyczne rządzące takimi strukturami topologicznymi w układach klasycznych i kwantowych rozciągają się na żywą istotę” – wyjaśniają autorzy.
Spiralne zmarszczki w oocytach rozgwiazdy. (MIT)
W swoich eksperymentach z rozgwiazdą zespół ujawnił hormon, który naśladuje początek zapłodnienia w oocytach, w którym fale sygnalizujące białko o nazwie Rho-GTP pulsują przez błonę przez kilka minut, a wyniki są wyświetlane pod mikroskopem dzięki pomocy barwników fluorescencyjnych. które dołączają do Rho-GTP.
Zmieniając stężenie wyzwalacza hormonalnego, naukowcy byli w stanie zaobserwować wiele wirujących spiral rozprzestrzeniających się po całej powierzchni jaja.
„Stworzyliśmy więc kalejdoskop różnych modeli i przyjrzeliśmy się ich dynamice” – mówi Fakhri.
Po uchwyceniu i przeanalizowaniu prędkości fazowej w strukturach falowych, naukowcy twierdzą, że podstawy życia obserwowane w tych jajach gwiazd morskich przypominają dynamikę turbulencji bakteryjnych i układów kwantowych kondensatów Bosego-Einsteina.
Wyniki przedstawiono w czasopiśmie Physics Nature.
Źródła: Zdjęcie: MIT
