Nowe badanie: wpływ przemieszczania się wody we włóknach mięśni na szybkość skurczu mięśni

WarsawBadania przeprowadzone przez Uniwersytet Michigan wskazują, że ruch wody we włóknach mięśniowych wpływa na tempo ich skurczu. Naukowcy, Suraj Shankar i L. Mahadevan, opracowali model pokazujący, że zachowanie cieczy wewnątrz włókien mięśniowych określa ich granice prędkości. Mięśnie w około 70% składają się z wody. Wcześniejsze badania koncentrowały się na działaniu cząsteczek, a nie na ogólnej reakcji włókien mięśniowych. Nowe badanie oferuje inną perspektywę, ukazując, jak ciecz przepływa przez włókna mięśniowe i wpływa na ich elastyczność.

Kluczowe odkrycia obejmują:

• Przepływ płynów wewnątrz włókien mięśniowych wpływa na szybkość ich skurczu.
• Mięśnie charakteryzują się "nietypową elastycznością", co pozwala na generowanie siły poprzez trójwymiarowe odkształcenia.
• Model oparty na ruchu płynów może wyjaśniać szybkie ruchy mięśni u małych i dużych organizmów.
• W przypadku małych owadów przepływ płynów ogranicza szybkość skurczu, w przeciwieństwie do większych zwierząt, gdzie decydujący jest kontrola neuronowa.
• Mięśnie działają jak "aktywna gąbka", która przemieszcza wodę podczas skurczów.
• Mięśnie mogą łamać prawa zachowania energii, funkcjonując bardziej jak silnik niż pasywna guma.

Badanie analizuje muskulaturę różnych zwierząt. Grzechotniki wykorzystują kontrolę nerwową do szybkich ruchów ogona, podczas gdy owady, takie jak komary, używają płynów w mięśniach do szybkiego bicia skrzydeł. To pokazuje, że mniejsze stworzenia wykonujące bardzo szybkie ruchy polegają na mechanice płynów w swoich mięśniach.

Mięśnie składają się z białek, jąder komórkowych, organelli oraz molekularnych silników, a wszystko to otacza woda. Ta struktura wypełniona wodą funkcjonuje inaczej, niż wcześniej myśleliśmy. Podczas skurczu mięśni woda jest przemieszczana, co wpływa na prędkość ich ruchu.

Zobacz również:

Dzisiaj · 14:14

Wirujące światło: fińscy fizycy przełomowo zwiększają przesył danych dzięki laserowym wirówkom

Mięśnie działają inaczej niż gumki elastyczne w momencie skurczu. Zamiast oszczędzać energię, wytwarzają ją poprzez ciągłe zmiany w swojej strukturze. Proces ten nazywany jest „niezwykłą elastycznością” i zmienia nasze postrzeganie funkcjonowania mięśni.

Te spostrzeżenia mogą pomóc w tworzeniu lepszych miękkich siłowników, sztucznych mięśni, które poruszają się szybciej, oraz materiałów zmieniających kształt. Współczesne sztuczne mięśnie są powolne, ponieważ potrzebują zewnętrznego bodźca do ruchu. Jeśli lepiej zrozumiemy, jak działa płyn mięśniowy, sztuczne mięśnie mogą reagować szybciej. Ponadto, postrzeganie mięśni jako złożonych materiałów, a nie tylko części, może pomóc nam lepiej zrozumieć, jak poruszają się zwierzęta.

Według modelu Shankara nie powinniśmy analizować mięśni jedynie na poziomie molekularnym. Uważa on, że istotne jest uwzględnienie ogólnej płynnej natury i struktury mięśni. Taka szersza perspektywa jest kluczowa dla pełnego zrozumienia działania mięśni oraz zastosowania tej wiedzy w praktyce.

Niniejsze badanie kwestionuje obecne poglądy na temat działania mięśni i zachęca do dalszych badań nad ich biologią i fizyką. Przyszłe badania oparte na tych wynikach mogą zmienić nasze rozumienie funkcji mięśni i doprowadzić do powstania nowych technologii.