جنین های ستاره دریایی به شکلی می چرخند که دقیقاً مانند یک کریستال زنده است

جنین های ستاره دریایی به شکلی می چرخند که دقیقاً مانند یک کریستال زنده است

حباب‌های ژلاتینی کوچک، پیروت‌های کاملی را در آب می‌چرخانند – حرکت آن‌ها نیرویی را ایجاد می‌کند که همسایه‌هایشان را جذب می‌کند. همانطور که تعداد زیادی از آنها دور هم جمع می شوند، این رقص هماهنگ آنها را در الگوهای شش وجهی، منظم و تکراری دقیق تراز می کند، درست مانند اتم های کربن در گرافن ساختار کریستالی.

 

اما این‌ها اتم‌ها یا هر نوع ماده بی‌جانی نیستند که صرفاً توسط نیروهای فیزیک اداره می‌شوند — آنها ستاره‌های دریایی زنده، خود متحرک و جنینی هستند (Patiria miniata).

""جنین‌های ستاره‌های دریایی در حال چرخش خود را در یک کریستال زنده جمع می‌کنند. (Tan et al., Nature, ۲۰۲۲)

“ما می دانیم که کریستال های بسیاری از مواد داریم اما هرگز واقعاً به شکل گیری مواد مرتبط نبوده ایم. نیکتا فخری، فیزیکدان MIT به طبیعت گفت: کریستالی با اجزایی که واقعاً زنده هستند.

“این یک پدیده کاملاً قابل توجه بود که قبلاً هرگز گزارش نشده بود.”

فخری، تزر هان تان، فیزیکدان MIT و همکارانش ماده فعال – سیستمی که در آن هر جزء مجزا (مانند یک پرنده در یک گله یا یک سلول در یک قطره آب) از انرژی برای حرکت استفاده می‌کند و کل گروه را از تعادل با محیط اطراف خود خارج می‌کند.

مثل ماده معمولی، این سیستم‌ها نیز می‌توانند دارای ویژگی‌های نوظهور شگفت‌انگیز باشند. «کریستال‌های» ستاره دریایی نیز از این قاعده مستثنی نیستند.

هر جنین با استفاده از مژک‌های مو مانند خود به سمت چپ می‌چرخد. وقتی تعداد کافی افراد در سطح آب جمع می‌شوند، امواج خود به خودی در ساختاری که تشکیل داده‌اند شروع به جریان می‌کنند.

این امواج در مقیاس بسیار بزرگ، به بزرگی خود کریستال هستند، توضیح می دهد فخری.

""مدل امواج با فلش و کد رنگی برای نشان دادن جهت هر جنین. (تان و همکاران، Nature، ۲۰۲۲)

“ما می‌توانستیم این کریستال را ببینیم که در مدت زمان بسیار طولانی می‌چرخد و می‌چرخد، که کاملاً بود. غیرمنتظره،” می گوید الکساندر میتکه، یک نظریه پرداز بیوفیزیکدان در MIT و نویسنده مطالعه.

“شما انتظار دارید که این امواج به سرعت از بین بروند، زیرا آب چسبناک است و این نوسانات را کاهش می دهد. این به ما گفت که این سیستم نوعی رفتار ارتجاعی عجیب دارد.”

 

محققان حرکات جنین‌ها را مدل‌سازی کردند تا ببینند چرخش آنها چگونه آب را به سمت خودشان می‌کشد. این به نوبه خود، همسایه‌های در حال چرخش آنها را با نیروی جذاب متقابل به سمت خود می‌کشد.

اما آن آب، که در نهایت به پایین جریان می‌یابد، نیروی افقی دیگری نیز ایجاد می‌کند که در داخل سیستم متقابل نیست. این باعث می‌شود کل ساختار کریستالی نیز بچرخد.

هم چرخش کلی و هم امواج، ویژگی‌های فیزیکی کشش عجیب و غریب. عجیب است زیرا طبق قوانین کلاسیک فیزیک، تغییر شکل ساده یک جسم جامد جدا شده، مانند کریستالی که در آب شناور است، تحت مجموعه‌ای از شرایط، نباید آن را از طریق محیط عبور دهد.

اما، اگر یک شی از اجزای فعال تشکیل شده باشد، این شکل گیری کلی در شکل می تواند خواص مکانیکی جالبی داشته باشد.

حداقل، این نظریه است. در واقعیت، هنوز هم حوزه‌ای از فیزیک است که در حال بررسی است.

در طبیعت احتمالات جالبی وجود دارد. پدیده مشابهی نیز قبلاً در جلبک‌ها مشاهده شده است.

Embryonic starfish spinning into a gathered crystal-like structure.ساختار کریستال مانند در حال چرخش پس از حدود ۳۰ ساعت از بین می رود. (تان و همکاران، طبیعت، ۲۰۲۲)

هنگامی که ستاره‌های کوچک دریا ساختار کریستالی شناور و زنده را تشکیل می‌دهند، خود را برای روزها کنار هم نگه می‌دارند. قبل از اینکه رشد جنین ها به اندازه کافی آنها را تغییر دهد تا الگو را از بین ببرد.

درک بهتر این ویژگی های فیزیکی جاندار می تواند به ما در توسعه فناوری های جدید کمک کند.

 

“ساختمان را تصور کنید. فخری می‌گوید: گروهی از روبات‌های نرم و چرخان که می‌توانند مانند این جنین‌ها با یکدیگر تعامل داشته باشند. .

“آنها می توانند به گونه ای طراحی شوند که خود سازماندهی شوند تا در دریا موج بزنند و در دریا بخزند تا کارهای مفیدی انجام دهند. این فعل و انفعالات طیف جدیدی از فیزیک های جالب را برای کاوش باز می کند.”

در مورد اینکه چرا کهکشان‌های ستاره‌ای کوچک – بله، ستاره‌های دریایی کامل‌ترین اسم جمعی را دارند! – ساختارهای کریستالی وقتی جمع می شوند، در حال حاضر یک راز است.

اما، این پدیده کریستالی زنده بعید است به طور طبیعی در طبیعت رخ دهد زیرا جنین های ستاره های دریایی معمولاً در سطح آب آویزان نمی شوند.

این تحقیق در Nature منتشر شده است.

برچسب‌ها:

نظرات کاربران

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.