การเคลื่อนไหวของขนตาหลายครั้ง

Հրել, քաշել կամ պտտել. թարթիչների բազմաթիվ շարժումներ

เอาต์พุต Triplet เทียบกับสนามแม่เหล็กที่ใช้สำหรับปฏิกิริยาที่แตกต่างกันและอัตราการคลายตัวของสปินสำหรับแบบจำลองคู่รากแบบธรรมดา ในแบบจำลองนี้ อนุมูลหนึ่งตัวถูกจับคู่กับนิวเคลียสที่มีค่าคงที่คัปปลิ้งไฮเปอร์ไฟน์ที่ 1 mT สำหรับค่าต่าง ๆ ของอัตรา เราสามารถเห็นการลดลงที่เด่นชัดใกล้กับสนามศูนย์ และค่าสูงสุดที่ใกล้กับค่าของสนามแม่เหล็กโลก (ประมาณ 0.05 mT) เครดิต: วารสาร Royal Society Interface (2022). ดอย: 10.1098/rsif.2022.0264

พวกมันเป็นโครงสร้างคล้ายขนเล็กๆ ในเซลล์ของร่างกายของเรา ซึ่งทำหน้าที่หลายอย่าง รวมถึงการล้างทางเดินหายใจ การหมุนเวียนน้ำไขสันหลังในสมอง และการลำเลียงไข่ผ่านท่อนำไข่ ในขณะที่นักวิจัยเข้าใจหน้าที่ของตน พวกเขาไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ว่าพวกเขาสร้างการเคลื่อนไหวเฉพาะทางเพื่อทำหน้าที่เหล่านั้นได้อย่างไร

ทีมนักวิจัยจาก McKelvey School of Engineering ของ Washington University ในเมือง St. Louis นำโดยอาจารย์อาวุโส Louis Woodhams และ Lee Hunter ศาสตราจารย์พิเศษและประธานภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและวัสดุ Philip W. ภายใต้การนำของเบลีย์พัฒนา แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ใหม่ของตาที่เต้นเนื่องจากความไม่เสถียรทางกลที่เรียกว่า “การกะพริบ” ซึ่งเกิดขึ้นภายใต้แรงที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องโดยโปรตีนมอเตอร์ไดน์นิน ความไม่เสถียรในการสั่นสะเทือนนี้มีความคล้ายคลึงกันในระดับไมโครกับการสั่นสะเทือนตามหลักอากาศพลศาสตร์ของระบบขนาดใหญ่ที่นำไปสู่การล่มสลายของสะพาน Tacoma Narrows ที่มีชื่อเสียง และยังเกิดขึ้นในปีกเครื่องบินและใบพัดกังหันด้วย

ผลการศึกษาปรากฏบนหน้าปกฉบับเดือนสิงหาคม วารสาร Royal Society Interface.

แฟลกเจลลาที่พบในหางของสเปิร์มจะดันของเหลวแบบสมมาตร ในขณะที่ซีเลียดึงชนิดอื่นๆ แบบไม่สมมาตร เช่น การว่ายน้ำท่ากบของนักว่ายน้ำ ส่วนอื่นๆ เช่น cilia ในโหนดเอ็มบริโอจะเคลื่อนที่เป็นวงกลมหรือหมุน

“เราสร้างแบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์พิเศษที่ช่วยให้เราสามารถสำรวจพื้นที่พารามิเตอร์ของโมเดลได้อย่างมีประสิทธิภาพ และให้ภาพพฤติกรรมของระบบ” วูดแฮมส์ ผู้เขียนบทความฉบับแรกกล่าว “โมเดลนี้สามารถใช้เพื่ออธิบายรูปแบบการลากขนตาแบบสมมาตร ไม่สมมาตร และ 3 มิติ”






ในการศึกษาการเคลื่อนไหวของ cilia ทีมของ Louis Woodhams และ Phil Bailey ได้สร้างแบบจำลองที่ใกล้เคียงกับโครงสร้างของแฟลเจลลาร์แอกโซนีม ซึ่งเป็นแกนกลางของ cilia ที่ประกอบด้วยไมโครทูบูล วิดีโอนี้แสดงภาพเคลื่อนไหวของระบบเจ็ดเธรดพร้อมพารามิเตอร์ เครดิต: Louis Woodhams

ทีมงานได้สร้างแบบจำลองที่มีเส้นใย 6 เส้นอยู่ด้านนอกและอีกเส้นหนึ่งอยู่ด้านใน ใกล้เคียงกับโครงสร้างของแฟลเจลลาร์แอกโซนีม ซึ่งเป็นแกนกลางของซีลีเนียมที่ประกอบด้วยไมโครทูบูล เนื่องจากโครงสร้างโปรตีนจำนวนมากใน axoneme มีขนาดเล็กเกินไปที่จะวัดคุณสมบัติของพวกมันโดยตรง แบบจำลองทางคณิตศาสตร์จึงอนุญาตให้พวกเขาศึกษาว่าการมีเพศสัมพันธ์ระหว่างเส้นใยแต่ละเส้นจะส่งผลต่อความถี่และรูปแบบการตีอย่างไร

“ด้วยแบบจำลองนี้ เราสามารถลองใช้แรงไดน์นินขนาดต่างๆ และความฝืดของโครงสร้างภายในที่แตกต่างกันได้” วูดแฮมส์กล่าว “การพยายามสร้างแบบจำลองระบบโดยใช้ซอฟต์แวร์เชิงพาณิชย์อาจใช้เวลาหลายชั่วโมงในการแก้ปัญหาระบบเดียว ด้วยวิธีนี้ เราสามารถแก้ไขจุดพารามิเตอร์หลายพันจุด และรับภาพรวมพฤติกรรมของระบบที่จุดต่างๆ มากมาย”

ห้องทดลองของ Bailey ได้ทำงานร่วมกับ cilia เป็นแบบจำลองในการศึกษาการสั่นสะเทือน การเคลื่อนที่ของคลื่น และความไม่เสถียรในระบบกลไกและชีวการแพทย์ งานวิจัยชิ้นใหม่นี้สร้างขึ้นจากงานก่อนหน้านี้โดยทำให้สามารถวิเคราะห์ค่าลักษณะเฉพาะได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งแสดงลักษณะความถี่และรูปร่างของบีต ในรูปแบบมัลติฟิลาเมนต์ของแอกโซนโดยใช้เมทริกซ์ไฟไนต์อิลิเมนต์ที่ได้มาจากการกำหนดเอง แบบจำลองนี้ประกอบด้วยการแสดงทางคณิตศาสตร์แบบใหม่ของมอเตอร์โปรตีนไดนีน ซึ่งสร้างสมดุลระหว่างแรงภายในและโมเมนต์เช่นเดียวกับแอกโซนีมที่เปลี่ยนรูป

“แบบจำลองของหลุยส์มีส่วนสนับสนุนอย่างมากต่ออุตสาหกรรมนี้ “มันแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนและชัดเจนว่าความไม่เสถียรของการสั่นสะเทือนทางกลอาจรองรับการกระแทกของขนตา ซึ่งเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ทางชีวฟิสิกส์ที่สำคัญและแพร่หลายที่สุดในธรรมชาติ” เบลีย์กล่าว


การสร้างช่อง. นักวิจัยให้ความกระจ่างเกี่ยวกับวิธีการทำงานของขนตา


ข้อมูลเพิ่มเติม:
หลุยส์ จี. Woodhams et al., การสร้างการชนกันของ cilia ด้วยกิจกรรม dynein ที่ยั่งยืน วารสาร Royal Society Interface (2022). ดอย: 10.1098/rsif.2022.0264

ให้บริการโดยมหาวิทยาลัยวอชิงตันในเซนต์หลุยส์

อ้าง:ดัน ดึง หรือหมุน Swirl Movements of Cilia (2022, 31 สิงหาคม) ดึงข้อมูลเมื่อ 31 สิงหาคม 2022 จาก https://phys.org/news/2022-08-swirl-movements-cilia.html

เอกสารนี้อยู่ภายใต้ลิขสิทธิ์ ยกเว้นเพื่อข้อตกลงที่เป็นธรรมเพื่อการศึกษาหรือการวิจัยส่วนตัว ห้ามทำซ้ำส่วนใดส่วนหนึ่งโดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร เนื้อหานี้จัดทำขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์ในการให้ข้อมูลเท่านั้น