מחקר ישראלי: החומר החי מפר את חוקי התנועה הפיזיקליים

מדענים מאוניברסיטת בן-גוריון הראו כי חיידקים בתנועה ותאים אנושיים מפרים באופן ספונטני את חוקי העולם הפיזיקלי הקלאסי.

בפיזיקה הקלאסית, גופים מוארכים הנעים יחד מסתדרים בדומה לגבישים נוזליים. בזרימות כאלה נוצרים בהכרח שיבושים טבעיים במבנה - מה שמכונה פגמים טופולוגיים, שנראים כמו עיקולים ודוגמאות של טביעות אצבע. בהדרגה המבנים האלה מתנגשים ומבטלים זה את זה. התיאוריה חזתה שזוגות של פגמים אמורים להתקרב ולהתרחק בקווים ישרים, תוך שמירה על סימטריה מוחלטת.

אך החוקרים מצאו כי מערכות חיות מפרות באופן ספונטני את סימטריית המראה. תצפיות בחיידקים המהירים Bacillus subtilis ובתאי אפיתל איטיים של דרכי הנשימה באדם הראו שהפגמים הטופולוגיים נעים במסלולים ספירליים מעוקלים, תוך סיבוב עם כיוון השעון או נגדו. העבודה פורסמה בכתב העת Nature Physics.

כדי להסביר את התופעה פיתחו המדענים מודל ייעודי. הוא מביא בחשבון שתאים המניעים את עצמם צורכים דלק כימי לצורך תנועה מכוונת. הנחת תנועה כזו על מבנה הגביש הנוזלי יוצרת מומנט סיבוב במרכז הפגם עצמו, ומאלצת אותו לנוע בספירלה.

"התוצאות שלנו מראות שהיכולת של תאים בודדים לנוע מעצמם משנה מן היסוד את ההתנהגות הקולקטיבית בקני מידה גדולים יותר", כתבו מחברי המחקר. "עבודה זו מציעה בסיס פיזיקלי חדש לתיאור ולמידול של קהילות חיות המתארגנות בעצמן".

הבנת מנגנוני התנועה של החומר החי חיונית לביולוגיה: הם מסבירים כיצד מושבות חיידקים מתארגנות לביופילמים עמידים לתרופות וכיצד שכבות רקמה מכוונות את תנועת התאים לריפוי פצעים.