Команда физиков во главе с членом Рокфеллеровского университета Тайлером Шендруком недавно обнаружила говорящую математическую подпись, надписанную в том распаде от заказа до хаоса. Их открытие, описанное 16 мая по своей природе Коммуникации, обеспечивает первую конкретную связь между турбулентностью в биологической системе и в большем материальном мире, где это известно прежде всего ударами самолетов и лодок.
Жидкость, которая перемещает себяВ физических системах появляется турбулентность, когда плавное течение жидкости или газа разрушено, произведя непредсказуемые водовороты как те во вздымающемся дыме, пенящемся прибое и пропускающем живот полете. Попробуйте, как они могли бы, ученые все еще не могут предсказать точно, как дым, вода, воздух или любое другое вещество переместятся во время турбулентности.
Что-то подобное, кажется, происходит в определенных биологических системах. Недавно, ученые обнаружили подобное турбулентности динамическое появление из того, что они называют активные жидкости, такие как плотная масса плавающих бактерий или коллекция производящих движение белков приостановленными в жидкости. В отличие от капли воды, эти активные жидкости перемещаются в их собственную власть. Биологическая турбулентность, которую они производят поэтому, отличается некоторыми значительными способами от физического явления, и отношения между этими двумя типами турбулентности остаются спорными и плохо понятыми.
Недавнее открытие Шендрука соединяет два, показывая, что, как оно появляется и размножается, турбулентность следует за тем же самым образцом в массах плавающих бактерий, как оно делает в воздухе, воде или любой другой физической системе.Спуск в хаосВ исследовании, которое началось с Джулии Еомэнс в Оксфордском университете, Shendruk и его коллеги создали компьютерное моделирование бактерий, плавающих с увеличивающейся энергией в ограниченном канале.
В их моделях, когда-то бактериальная деятельность достигает определенного момента, ритмичный образец появляется с чередованием по часовой стрелке и против часовой стрелки вихрями. Но поскольку плавание становится еще более энергичным, образец начинает ломаться. Турбулентность сначала появляется в качестве затяжек, которые кратко разрушают образец, затем замирают.Когда Shendruk и его коллеги внимательно изучили то, как затяжки размножились, они нашли, что, как только эти неисправности появились, они расширились непредсказуемо, иногда смерть, иногда продвигаясь, чтобы разделиться снова.
Эти отделения в конечном счете сформировали пути, которые напомнили движение горячей воды через кофейную гущу. Как просачивающаяся вода, затяжки должны все время разделяться для турбулентности, чтобы распространить и в конечном счете настигнуть организованные водовороты.
Просачивание кофе – знакомая метафора для физиков, тот, который используется, чтобы описать, как физическая турбулентность ведет себя, поскольку это распространяется. Определяя ту же самую прогрессию от заказа до беспорядка среди плавающих бактерий, Shendruk и его коллеги эффективно соединили различие между турбулентностью активных жидкостей и что замеченный в другом месте в мире.
«Связывая физические и биологические явления, это открытие расширяется, семья явлений считала турбулентностью», говорит Шендрук. «Эта связь может помочь нам лучше понять саму турбулентность, а также динамику в этих бактериальных потоках».