Ученый объяснил, как планктон выживает в турбулентных потоках

Как движутся частицы в турбулентных жидкостях? Ответ на этот вопрос можно найти в новой модели, представленной в диссертации в Университете Гетеборга. Модель может помочь ускорить разработку новых лекарств.

Когда вы перемешиваете стакан с водой, легко подумать, что любые частицы в воде окажутся в хаосе и будут двигаться совершенно беспорядочно. Но это не всегда так. Например, так называемые активные микроколебания могут самостоятельно перемещаться в потоке. Навид Мусави, аспирант Гетеборгского университета, создал модель, включающую различные гидродинамические факторы, чтобы изучить, как эти частицы справляются с турбулентностью и даже используют ее.

Микроплавающие частицы могут быть как биологическими, например планктон, так и искусственными, например наномоторы. Планктон вносит вклад в глобальные экосистемы, вырабатывая кислород, и составляет основу океанической пищевой сети.

Свободное плавание в потоке

Навид Мусави создал новые методы моделирования и изучения навигации микроплавунцов, объединив физику активной материи с принципами машинного обучения. В диссертации найдены оптимальные модели поведения планктона, позволяющие ему выжить в турбулентной среде обитания.

В модели планктон использует локальную информацию для навигации, что отражает реальные условия, с которыми сталкиваются эти маленькие пловцы. В отличие от предыдущих моделей, где навигация основывалась на глобальной информации, — говорит Навид Мусави.

Исследование также показало, что микропловцы могут использовать поток, чтобы двигаться быстрее, чем смогли бы самостоятельно, что является важным моментом как для биологических, так и для искусственных применений.

Еще одним интересным результатом исследования стало нахождение оптимального поведения, позволяющего избежать высокой турбулентной деформации. Удивительно, но оказалось, что микропловцы стремятся плыть против течения, чтобы сохранить свое положение в областях с низкой деформацией.

Такое поведение, по-видимому, имеет решающее значение для выживания и позволяет планктону избегать хищников и оставаться в зонах, богатых питательными веществами, — говорит Навид Мусави.

Важные знания для развития медицины

Все найденные стратегии эффективно работают в нескольких различных сценариях, что означает возможность их применения в реальных жизненных ситуациях.

Результаты исследования дают важные знания, которые имеют несколько применений. Например, в медицине, где они могут помочь в разработке умных микропловцов, способных доставлять лекарства непосредственно в определенные участки тела, делая лечение более эффективным. В экологическом плане эти крошечные пловцы могут помочь очистить океаны от микропластика и сделать планету более здоровой.

В будущем нам нужно будет подтвердить эту модель в экспериментах, как с природным планктоном, так и с искусственными микропловцами, — говорит Навид Мусави.

Исследователи также планируют изучить более сложные модели, учитывающие эффективность использования энергии и коллективное поведение нескольких пловцов.

25.06.2024


Подписаться в Telegram



Биосфера

Ученые СПбГУ: Бактериальные споры способны пережить падение из космоса
Ученые СПбГУ: Бактериальные споры способны пережить падение из космоса

Математики Санкт-Петербургского государственно...

Animal Biotelemetry: Меховые метки улучшат технологию слежения за медведями
Animal Biotelemetry: Меховые метки улучшат технологию слежения за медведями

Благодаря новым приборам для отслеживания...

Nature Ecology & Evolution: Всеобщий предок LUCA оказался старше, чем считалось
Nature Ecology & Evolution: Всеобщий предок LUCA оказался старше, чем считалось

Международная группа исследователей под р...

Frontiers in Veterinary Science: Открыт способ отучить кошек царапать мебель
Frontiers in Veterinary Science: Открыт способ отучить кошек царапать мебель

Многие владельцы кошек сталкиваются с тем...

Ученый объяснил, как планктон выживает в турбулентных потоках
Ученый объяснил, как планктон выживает в турбулентных потоках

Как движутся частицы в турбулентных жидко...

EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь

Группа ученых из Университета Нагоя, Япон...

Frontiers in Bee Science: Жара мешает шмелям полноценно размножаться
Frontiers in Bee Science: Жара мешает шмелям полноценно размножаться

В результате климатического кризиса глобальное...

Journal of the AChemSociety: Синтетика вызывает хаос в первичном бульоне
Journal of the AChemSociety: Синтетика вызывает хаос в первичном бульоне

Наше тело состоит из триллионов различных...

Evolution: Островные летучие мыши одного вида эволюционируют по-разному
Evolution: Островные летучие мыши одного вида эволюционируют по-разному

Исследователь из Мельбурнского университе...

New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад

По мнению исследовательской группы под ру...

Science: Облик будущих партнеров запечатлен у бабочек Heliconius в генах
Science: Облик будущих партнеров запечатлен у бабочек Heliconius в генах

Тропические бабочки Heliconius хорошо известны...

Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды

В новом исследовании неврологи показали, как&n...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Nature: Поражение лёгких при COVID долго не проходит из-за реакции иммунитета
Nature: Поражение лёгких при COVID долго не проходит из-за реакции иммунитета
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
Nature Energy: Создана мембрана для удаления CO2, работающая на влажности
Nature Energy: Создана мембрана для удаления CO2, работающая на влажности
Nature Communications: Доказана перспективность универсальной вакцины от гриппа
Nature Communications: Доказана перспективность универсальной вакцины от гриппа
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния
PRSBBS: Несколько видов муравьев выработали одинаковые отношения с деревьями
PRSBBS: Несколько видов муравьев выработали одинаковые отношения с деревьями
Кристаллографы СПбГУ раскрыли структуру минерала, открытого более 70 лет назад
Кристаллографы СПбГУ раскрыли структуру минерала, открытого более 70 лет назад
В МТУСИ разработали систему отслеживания модели человека во время фитнеса
В МТУСИ разработали систему отслеживания модели человека во время фитнеса
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Студенты СевГУ предложили способ найти сбежавшую собаку при помощи спутника
Студенты СевГУ предложили способ найти сбежавшую собаку при помощи спутника
Московский Политех открывает «Книгу будущего» для развития инновационных изданий
Московский Политех открывает «Книгу будущего» для развития инновационных изданий
Эффективность светодиодов для дополненной реальности выросла вдвое
Эффективность светодиодов для дополненной реальности выросла вдвое
Advanced Materials: Гидрогелевое средство контрацепции сможет лечить эндометриоз
Advanced Materials: Гидрогелевое средство контрацепции сможет лечить эндометриоз
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов

Новости компаний, релизы

Московский вуз готовит профессионалов для защиты учебных заведений
Ведущие игроки агрорынка представят новинки на «Дне поля» в Агробиотехнопарке Казанского ГАУ
Московский Политех и ведущие российские компании запускают 79 практико-ориентированных образовательных программ
Студенты Университета МИСИС выиграли 2.8 млн рублей в хакатоне «Лидеры цифровой трансформации»
U-NOVUS 2024: технологическое развитие России немыслимо без университетов и инвестиций бизнеса в техпред