Только представьте себе жидкость, которая течёт по трубам сама по себе без каких-либо насосов, нагнетающих давление, или воздействия силы тяжести. Заставить вещество проделывать такой трюк удалось команде исследователей из Брандейского университета в США, работающей во главе с физиком Кун-Та Ву (Kun-Ta Wu).
Учёные работают в рамках программы по созданию материалов и различных аппаратов на основе биологических компонентов. В новой статье, опубликованной в издании Science, они представили своё последнее изобретение – удачную попытку искусственного воспроизведения целого ряда сложных биологических процессов, которые позволяют живой клетке менять форму и адаптироваться к окружающей среде.
Поясним. Важную часть внутренней поддерживающей структуры клеток составляют постоянно меняющиеся микротрубочки. Они построены из белка тубулина и представляют собой полые цилиндры с внешним диаметром около 25 нанометров. Микротрубочки способны расти, сморщиваться, искривляться и растягиваться. Именно эти процессы заставляют меняться и форму клетки.
Ву и его коллеги выделили микротрубочки из клеток мозга коровы и поместили их в водный раствор, куда добавили ещё два активных компонента биологических процессов – моторный белок кинезин и источник энергии АТФ. В живой клетке микротрубочки выступают в качестве своеобразных рельсов, по которым перемещаются различные частицы, например, мембранные пузырьки или митохондрии. А транспортируют их как раз кинезины, используя энергию гидролиза молекул АТФ.
В растворе микротрубочки выстраивались параллельно друг другу, а молекулы кинезина встали между ними, как шпалы между рельсами. Присутствие АТФ привело систему в движение и трубочки начинали скользить друг относительно друга, пока не распадались. Но свободными они оставались недолго и снова образовывали структуры с кинезином и другим партнёром.
В итоге постоянное объединение и разъединение структурных элементов жидкости приводило к возникновению вихревых потоков. Учёные Брандейского университета стали первыми, кому удалось заставить их вращаться в одном направлении, что привело к перемещению в определённом направлении и окружающей жидкости.
Авторы исследования отмечают в пресс-релизе, что естественный процесс работы системы микротрубочки-кинезин-АТФ значительно сложнее, но им удалось вычленить его суть и воспроизвести в искусственных условиях. Можно сказать, что они использовали природные силы для создания микроскопической машины по перекачке жидкости. Точнее, учёные сделали первый шаг, который оказался успешным.
В долгосрочной перспективе исследователи надеются разработать новый класс жидкостей, которые будут течь без участия человека и каких-либо механических усилий, что могло бы пригодиться, например, для перемещения нефти без классической энергозатратной перекачки.
В специальном разделе "Вести.Наука" о новых необычных материалах можно найти статьи и о других уникальных разработках и неожиданных открытиях, вдохновлённых в том числе и живыми системами.
