При колективному русі нематод проявляється «Cheerios-ефект» - вони починають притягуватися один одному, подібно колечкам сухого сніданку.
Що відбувається, коли крихітні хробаки нематоди під дією фізичних законів збиваються в купу і пливуть в тонкому шарі рідини? Чому фізики вивчають рух цих паразитів? Журнал Soft Matter, перше видання в галузі міждисциплінарних досліджень з фізики, хімії та біології, розповідає про роботу американських вчених.
Цього разу хробаки-паразити, які беруть участь у багатьох біологічних дослідженнях, звернули на себе увагу фізиків та інженерів. Йдеться про так званий «Cheerios-ефект», який проявляється при колективному русі нематод. Як він впливає на рух цих паразитів?
У механіці рідин під цим явищем розуміють прагнення маленьких об'єктів, що змочуються, притягуватися один до одного. Так колечки сухого сніданку «Cheerios» притягуються один до одного або до стінок судини, схожим чином поводяться бульбашки на поверхні пива в гуртку або мильні бульбашки. Фізики пояснюють цей ефект наявністю поверхневого натягнення води і плавучістю. Детально Cheerios-ефект описали кілька років тому гарвардські фізики Домінік Велла (Dominic Vella) і Лакшмінарайанан Махадеван (Lakshminarayanan Mahadevan), які побудували динамічну модель взаємодії плаваючих частинок.
З'ясувати, як вплине Cheerios-ефект на рух крихітних біологічних об'єктів, вирішили їхні колеги з Вірджинії (Virginia Tech). Сін Гарт (Sean Gart) і Сун Гван Чжун (Sunghwan Jung) досліджували поведінку нематод (Panagrellus redivivus), які мешкають у тонкому шарі води завтовшки менше людського волосся. У такому оточенні нематоди можуть переміщатися, скорочуючи крихітне тільце. Ми зацікавилися цією роботою після того, як поспостерігали за переміщенням нематод, які, подібно колечкам сухого сніданку, склеюються один з одним на поверхні рідини і продовжують рухатися колективно, розповідає Чжун. Як при цьому змінюється швидкість руху окремої нематоди?
Досліди з нематодами, стверджують вчені, це перша демонстрація Cheerios-ефекту, що проявляється у живих істот, який раніше не вивчався детально в локомоції (русі) біологічних організмів. При випадкових зіткненнях нематоди склеюються і продовжують колективний рух, обумовлений наявністю поверхневого натягнення в тонкій плівці, яке «переважує» мускульну активність окремої нематоди. Однак результати дослідів говорять про те, що угруповання нематод не дає їм ніяких механічних переваг при русі, як, втім, і не заважає переміщенню.
Дослідження рух біологічних організмів у тонких плівках, у свою чергу, допоможе матеріалознавцям краще зрозуміти те, що відбувається в таких системах, як наприклад, емульсії Пікерінга, які стабілізуються колоїдними частинками (колоїдні частинки можуть поводитися як молекули поверхнево-активних речовин і стабілізують пену або емульсію, скупчуючись на кордоні розділу рідин).