Το εβδομαδιαίο ενημερωτικό δελτίο του Hindu’s Science for All εξηγεί τα πάντα για την Επιστήμη, χωρίς την ορολογία.
(Αυτό το άρθρο αποτελεί μέρος του ενημερωτικού δελτίου Science for All που αφαιρεί την ορολογία από την επιστήμη και δίνει τη διασκέδαση! Εγγραφείτε τώρα!)
Η γεωμετρία είναι γεμάτη γνωστά σχήματα όπως τρίγωνα, παραλληλόγραμμα, κύλινδροι κ.λπ. Είναι πιθανό μερικά από αυτά τα σχήματα να καλύπτουν μια επιφάνεια έτσι ώστε να μην αφήνουν κενά μεταξύ τους — όπως το πώς τα τετράγωνα πλακάκια στο σπίτι σας καλύπτουν πλήρως το πάτωμα. Στα μαθηματικά αυτή η δραστηριότητα ονομάζεται άροση. Τα σχήματα που χρησιμοποιούνται πιο συχνά ως πλακάκια έχουν ευδιάκριτες γωνίες και ευθείες άκρες.
Τώρα, οι επιστήμονες έχουν βρει ένα νέο είδος κυττάρου που δεν ακολουθεί αυτούς τους κανόνες σχήματος. Κάθε ένα από αυτά τα «μαλακά κελιά» έχει δύο μυτερές γωνίες σε σχήμα 2D και καμία σε τρισδιάστατη έκδοση, καθώς και στρογγυλεμένες άκρες.
Οι επιστήμονες περιέγραψαν τα ευρήματά τους στο περιοδικό PNAS Nexus στις 10 Σεπτεμβρίου. Βρήκαν τα μαλακά κύτταρα ήταν σε θέση να πλακώσουν πλήρως μια επιφάνεια σε δύο διαστάσεις, και με τρόπο που η ομάδα χαρακτήρισε ως οργανικό. Πολλές φυσικές δομές όπως τα μυϊκά κύτταρα, οι λωρίδες ζέβρας και τα στρώματα των βολβών κρεμμυδιού καλύπτονται με πλακίδια 2D. Αυτά τα φυσικά συστήματα επιδεικνύουν μια βιολογική προτίμηση για κυρτά σχήματα με λείες άκρες.
Οι μαλακές κυψέλες προσφέρουν επίσης ένα νέο παράδειγμα πλακιδίων που ξεχωρίζει από τις κλασικές γεωμετρικές μορφές στα μαθηματικά. Σε αυτό το σχήμα, μια βασική πρόκληση για την κατανόηση των μαλακών κυττάρων είναι η σχέση τους με την καμπυλότητα. Ένα «κλασικό» σχήμα όπως το τετράγωνο έχει «θετική καμπυλότητα» στις κορυφές του, ενώ τα μαλακά κύτταρα έχουν μια μορφή «κατανεμημένης καμπυλότητας»: αντί για έντονες αποκλίσεις σε συγκεκριμένα σημεία, η καμπυλότητα απλώνεται ομαλά κατά μήκος των άκρων τους. Μαθηματικά, αυτή η κατανομή ελαχιστοποιεί τον αριθμό των σημείων υψηλής καμπυλότητας — δηλαδή γωνίες — ενώ εξακολουθεί να επιτρέπει στο σχήμα να πλακώσει ένα κενό.
Τα μαλακά κύτταρα γίνονται πιο συναρπαστικά στο 3D. Παραδείγματα κλασικών τρισδιάστατων πλακιδίων — ή πλήρωσης χώρου — είναι οι κύβοι ή τα τετράεδρα, τα οποία έχουν αιχμηρές γωνίες και επίπεδες όψεις. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι μπορούσαν να δημιουργήσουν τρισδιάστατα μαλακά κύτταρα μαλακώνοντας τις άκρες και εξαλείφοντας εντελώς τις αιχμηρές γωνίες. Σε αυτή τη διαδικασία, τα κύτταρα αποκτούν μια ομαλή, κυρτή μορφή που γεμίζει απρόσκοπτα έναν τρισδιάστατο όγκο χωρίς την ανάγκη γωνιακών προεξοχών.
Οι ερευνητές είπαν ότι εμπνεύστηκαν από φυσικά παραδείγματα όπως το κέλυφος του ναυτίλου. Οι θάλαμοι μέσα σε αυτά τα κελύφη στερούνται αιχμηρές γωνίες σε 3D — και όταν ανοίγουν σε φέτες, αποκαλύπτουν ένα 2D πλακάκι με μαλακές κυψέλες. Αυτή η σχέση μεταξύ των μορφών 2D και 3D δείχνει πώς τα μαλακά κύτταρα θα μπορούσαν να εμπλακούν τόσο στον σχηματισμό βιολογικών ιστών όσο και σε διαδικασίες όπως η ανάπτυξη του άκρου.
Τα μαθηματικά των μαλακών κυψελών υποδηλώνουν επίσης ότι η φύση προτιμά να ελαχιστοποιεί τις αιχμηρές γωνίες για δομικούς λόγους και λειτουργική απόδοση. Αυτή η αλλαγή στη γεωμετρική κατανόηση ανοίγει το δρόμο για νέες γνώσεις σχετικά με το γιατί ορισμένα βιολογικά και φυσικά μοτίβα εμφανίζονται ενώ άλλα όχι, και προσφέρει στους ερευνητές ένα νέο μαθηματικό πλαίσιο για να εξερευνήσουν αυτά τα ερωτήματα.
Πράγματι, η ανακάλυψη μαλακών κυττάρων ανοίγει νέους δρόμους μαθηματικής μελέτης και έχει σημαντικές επιπτώσεις στη βιολογία, την αρχιτεκτονική και την επιστήμη των υλικών.
Από τις σελίδες Science
Γωνία Ερωτήσεων
Χλωρίδα και πανίδα
Δημοσιεύθηκε – 25 Σεπτεμβρίου 2024 06:20 μ.μ. IST
