Движение хвоста сперматозоида объясняется математикой Алана Тьюринга
Теория реакции-диффузии Алана Тьюринга, объясняющая формирование паттернов (полос, спиралей, пятен) в природе, может описывать и движение хвоста (жгутика) сперматозоида. К такому выводу пришло исследование, опубликованное в Nature Communications.
Суть открытия:
- Движение жгутика сперматозоида создает паттерны (волны изгибов).
- Эти паттерны движения математически эквивалентны химическим паттернам в теории Тьюринга.
- Ключевой вывод: изгибающие волны возникают спонтанно внутри самого жгутика, а не формируются окружающей жидкостью (в средах с низкой вязкостью, как вода).
Как это работает:
- Активный компонент: Молекулярные «моторы» вдоль аксонемы (внутреннего каркаса жгутика) создают силы сдвига, изгибающие хвост.
- Пассивный компонент: Упругий жгутик сопротивляется изгибу и стремится выпрямиться.
- Аналогия с Тьюрингом: Взаимодействие этих двух факторов — активного изгиба и пассивного «распространения» упругого ответа вдоль структуры — математически аналогично реакции и диффузии химических веществ в оригинальной теории.
Значение и перспективы:
- Медицина: Может помочь в понимании причин бесплодия, связанных с аномальным движением жгутика, и заболеваний, вызванных дисфункцией ресничек (цилиопатий).
- Робототехника: Математическая модель может быть использована для создания искусственных мышц и «анимированных материалов».
- Осторожность: Авторы подчеркивают, что модель упрощена и не может описать всю сложность системы. Как сказал статистик Джордж Бокс: «Все модели ошибочны, но некоторые полезны». Данная модель предлагает полезный новый взгляд на биологическое движение.