Bakın, Solucan Blob ve Bilgisayarlı İkizi

Vahşi doğada, solucan damlası, göletin dibinde yuvarlanan diğer çamur toplarına benzer. Ama alçakgönüllü bir solucan damlası dürterseniz, bir çamur topunun asla yapmayacağı şekilde tepki verir ve bir Pastafaryan’ın ilahi bir şey sanabileceği bir erişte şekline dönüşür.

Saad Bhamla, Kaliforniya’daki bir gölette ilk solucan damlasını bu şekilde keşfetti. Georgia Institute of Technology’nin kimya ve biyomoleküler mühendisliği okulunda biyomühendis olan Dr. Bhamla, “Bir sopayla dürttüğünüzde canlanıyor” dedi. Dr. Bhamla’nın solucan damlası ile karşılaşması, kendi laboratuvarını kurup ilk projeye ihtiyaç duyana kadar (iyi bir şekilde, diyor) yıllarca peşini bırakmadı.

Kaliforniya kara solucanları, bakkal eti kadar gerçeküstü kırmızı olan yumuşak ve ince ipler, genellikle mevsimlik havuzlarda yaşar. Zaman iyi olduğunda, bir solucan sadece kendi başına hareket eden bir solucandır. Zaman kötü olduğunda, bir solucan bir damla haline gelmeli, yüzlerce veya binlerce diğer solucanla dolaşarak sümüksü, kıvranan bir top haline gelmelidir. Ve hareketli bir iplik yumağı gibi, solucan damlası tek bir birim olarak hareket ederek yırtıcılardan veya stresten uzaklaşabilir.

Colorado Boulder Üniversitesi BioFrontiers Enstitüsü’nde doktora sonrası bir yardımcı ve fizikçi olan Chantal Nguyen, “Etrafta sürünen bu birleşik birime örgülü ve bükülmüş halde kalıyorlar” dedi.

Fakat bir solucan nasıl blobdom elde eder ve bunu sürdürür? Frontiers in Physics dergisinde yakın zamanda yapılan bir çalışmada, aralarında Dr. Nguyen ve Dr. Bhamla’nın da bulunduğu bir grup araştırmacı, blobun hareket kabiliyetinin sırlarını ortaya çıkardı. Bunu, dolaşmış California kara solucanlarının bir bilgisayar modelini oluşturarak yaptılar.

New Mexico’daki Santa Fe Enstitüsü’nde solucan lekelerinin kolektif davranışlarını inceleyen doktora sonrası araştırmacı Albert Kao, “Oldukça korkunç ve oldukça şok ediciydi, ama aynı zamanda güzeldi” dedi. Simülasyon, “benzer şekilde dolaşık sistemler için yeni tür modeller için ileriye doğru bir yol açıyor. ”

Çok eski zamanlardan beri insanlar, hayvan gruplarının topluca ve uyum içinde hareket ettiğine tanık oldular: sığırcık sürüsü, balık sürüsü, tatarcık sürüsü ve ağır metal kafalar bataklık. Ancak çok az insan solucan lekelerini gözlemleme ayrıcalığına ya da buna ilgi duymuştur.

Solucan damlası, bir hamur yumağı veya bir şampuan küresi gibi katı ve sıvı gibi davranır. Tutarlı bir blob oluşturmak için yalnızca yaklaşık 10 solucan gerekir. Yaklaşık 100.000 solucandan oluşan bir damla, bir parça (kırmızı) pizza hamuruna benzer. Belki de hayal gücünüz dışında, kaç solucanın bir damla oluşturabileceği konusunda bilinen bir sınır yoktur.

Max Planck Hayvan Davranışları Enstitüsü’nde araştırmacı olan Serena Ding, ilk olarak kara solucan lekelerinin bir fotoğrafını gördüğünde, aklı hızla uçtu. Gazeteyle ilgisi olmayan Dr. Ding, “Önce şok oldum” dedi. “Sonra iğrendim ve sonra büyülendim. ”

Üzerinde çokça çalışılan nematod Caenorhabditis elegans’ta kabarcık oluşumu üzerine çalışan Dr. Ding, C. elegans lekelerini “bir kase spagetti eriştesi gibi güçlü bir şekilde örtüşen” olarak tanımladı. Bir Zoom çağrısında kaşlarını çatarak, “Kara solucan lekeleri” daha çok yere düşen spagetti eriştelerine benziyor,” dedi. “C. elegans zarif olduğu için adlandırılmıştır. Bunlar sadece… değil. ”

Ama Dr. Bhamla’nın kalbini fetheden şey tam da bu kara solucan damlasıydı. Ona göre, kabarcıklar parmakların arasından akan pizza hamuru gibi geliyor. “Ama solucanlardan oluşuyor,” dedi. “Bir kabusun canlanması gibi. ”

Şubat ayında Dr. Bhamla ve bir grup araştırmacı, Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde solucan lekelerinin dinamiklerini anlattı.

Bu makale için, şu anda Notre Dame Üniversitesi’nde robotik mühendisi olan Yasemin Özkan-Aydın deneylere öncülük etti. Dr. Özkan-Aydın solucanları sudan çıkardığında, suya geri dönmek için bireysel arayışlara girdiler. Su bulamazlarsa, su damlacıkları oluşturdular; bu, su dışında bireysel solucanlardan 10 kat daha uzun süre hayatta kalmalarını sağlayan bir karışıklıktı.

New Jersey Teknoloji Enstitüsü’nden biyolog Simon Garnier, “Bir araya toplanmalarının nedeni, kalplerinin nezaketinden değil, bireylerin geri kalanını kurumaya karşı korumak için kullanmalarıdır” dedi. araştırma ile.

Dr. Özkan-Aydın ayrıca solucan damlacıklarının ışık ve ısı gibi stres faktörlerinden topluca uzaklaştığını buldu. Sıcak plaka üzerindeki bir solucan damlası daha soğuk bir bölüme doğru hareket edecek ve bir spot ışığı altındaki solucan damlası bir damla olarak hareket edecektir. Ancak plaka yaklaşık 100 Fahrenheit’e kadar ısıtılırsa, solucanlar hayatta kalamayacak kadar sıcaksa, damla hızla çözülür. Daha küçük sayılarda, blob, emeği bölerek, uzanmış, solucanları öne doğru çekerek ve arkada kıvrılan solucanlar sürtünmeyi azaltarak kendini iter. Bileşenlerinin yoğunluğu nedeniyle görselleştirilmesi daha zor olan daha büyük solucan lekeleri daha karmaşık şekillerde hareket edebilir.

Colorado Üniversitesi’nde fizikçi ve Frontiers in Physics’teki yeni makalenin yazarı olan Orit Peleg, Georgia Tech’i ziyaretinde ilk olarak lekeleri gördü. Lekeler Dr. Peleg’e bir zamanlar DNA gibi üzerinde çalıştığı biyolojik polimerleri hatırlattı, ancak lekeler çıplak gözle görülebiliyordu ve solucanlardan oluşuyordu. Dr. Peleg, Dr. Nguyen’e labirenti çözen bir solucan bloğunun videosunu gösterdiğinde, Dr. Nguyen’in solucanlar üzerinde çalışmak için daha fazla ikna edilmesine gerek yoktu.

Dr. Nguyen, 20 özdeş solucandan oluşan küçük lekeler içeren, hem bireysel hem de lekeli kara solucanların simüle edilmiş bir modelini tasarladı. Her solucan, gerçek bir solucan gibi bükülüp esneyebilen bir dizi gergin boncukla temsil edildi. Dr. Nguyen, model solucanları iki boyutlu bir damla şeklinde birbirine yapışmaya teşvik eden bir bağlama kuvveti modele dahil etti.

Dr. Kao, Dr. Nguyen ve meslektaşları hakkında “Gerçek solucanın yaptığı bu değil ve yine de blobun davranışlarını görsel ve niceliksel olarak yeniden üretiyorlar” dedi.

Modelin ilk prototiplerinde, simüle edilmiş solucanlar işbirlikçi değildi, ya kendilerini blobdan ayırıyor ya da tek bir yere yığılıyorlardı. Dr. Nguyen solucanların yapışkanlığı ve bireysel itiş gücüyle uğraştı, ta ki solucan damlasının sonunda tek bir hareket halinde hareket edebileceği tatlı bir nokta bulana kadar.

Dr. Peleg, modelin bize canlı malzemeler ve cansız malzemeler arasında “kesin bir ayrım olmadığını” gösterdiğini belirterek, araştırmacıların modelin esnek malzemelerden yapılmış dolaşık robotlara ilham vermesini umduğunu da sözlerine ekledi.

Araştırmacılar, solucanların nasıl birbirine dolandığı, büküldüğü ve örüldüğü konusunda daha fazla fikir edinmek için modellerini üç boyuta genişletmeyi planlıyor. Dr. Garnier, bu genişlemenin blob hakkındaki yakıcı sorularından birine cevap verebileceğini önerdi: blobun içinde bir solucanın en çok nerede olmak isteyeceği.

En iyi nokta, kaynakları kapmak için yüzeye yeterince yakın olabilir, ancak solucanın ilk savunma hattı olmadığı kadar derinde olabilir. “Kolektif sistemler bu takaslarla uğraşmak zorunda” dedi. “Çok fazla olduğumuzda, herkese yetecek kadar pasta olmadığında işler çirkinleşmeye başlar. ”

Neyse ki, Dr. Bhamla’nın laboratuvarında kabarcıklanmaya hazır on milyonlarca kara solucan var. Koronavirüs pandemisi ve kuraklık solucanları sıcak bir meta haline getirdi, bu nedenle Dr. Bhamla’nın laboratuvarı kendi başına büyüyor. Bazı günler, hapisten kaçma girişiminde bulunan örgülü bir solucan zincirinin bir duvarda sürünerek ilerlediğini keşfeder.

Sabahları, araştırmacılar tepedeki ışıkları yaktıklarında, serbest dolaşan tüm solucanlar, ışığa uyum sağlayıp rahatlayana kadar birlikte damlacıklar halinde koşarlar. Dr. Bhamla, “‘Orada karanlık ve soğukken hangi parti yapılıyordu?’ gibiyim” dedi. “Onlara aşık olmak zor değil. ”