Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kriechendes Gel

25.10.2016

Photosensitives selbstoszillierendes Gel als Modell für biologische Kriechbewegungen

Eine gerichtete Fortbewegung ist für uns eine Selbstverständlichkeit, kommt aber nur durch ein koordiniertes Zusammenspiel vieler komplexer Prozesse zustande – sogar das vermeintlich simple Kriechen von Würmern oder Schnecken.


Muskelbewegung im Vergleich zur erzeugten Fortbewegungsrichtung bei Würmern und Schnecken

(c) Wiley-VCH

Auf Basis eines Gels, das von selbst periodisch an- und abschwillt, konnten Forscher jetzt ein Modell für die wellenförmigen muskulären Kontraktionen und Relaxationen beim Kriechen entwickeln. Wie sie in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, gelang es durch inhomogene Bestrahlung, zwei verschiedene Arten von Kriechbewegung im Gel hervorzurufen.

Kriechen entsteht aufgrund von Wellen, die durch Muskeln wandern. Diese Wellen können in dieselbe Richtung laufen, in die das Tier kriecht (direkte Wellen), also vom Schwanzende zum Kopf – aber sie können auch entgegengesetzt, also vom Kopf zum Schwanz, wandern (retrograde Wellen). Während z.B. Landschnecken die erste Variante verwenden, kriechen Regenwürmer und Meeresnapfschnecken mithilfe retrograder Muskelwellen. Käferschnecken (Polyplacophora) können zwischen beiden wechseln.

Mit einem chemischen Modell, einem selbstoszillierenden Gel, wollen die Forscher um Qingyu Gao von der China University of Mining and Technology (Jiangsu, China) und Irving R. Epstein von der Brandeis University (Waltham, USA) einige der vielen noch offenen Fragen rund um diese Kriechvorgänge klären.

Ein Gel ist ein molekulares Netz, in dessen „Maschen“ eine Flüssigkeit gebunden ist – in diesem Fall enthält diese alle Zutaten für eine oszillierende chemische Reaktion („Chemische Uhr“). Einen Bestandteil des Reaktionssystems, einen Ruthenium-Komplex, bauten die Wissenschaftler direkt in das Netz ein: Während der Reaktion wechselt das Ruthenium periodisch zwischen zwei Oxidationsstufen, Ru2+ und Ru3+. In einem Zustand bindet das Gel mehr, im anderen weniger Flüssigkeit – es schwillt periodisch an und ab. Diese Bereiche breiten sich wellenförmig aus und erinnern so an die Muskelwellen beim Kriechen.

Auch Lichteinstrahlung löst den Wechsel der Oxidationsstufen aus. Wird nun die rechte Hälfte des Gels stärker bestrahlt als die linke, oszilliert das Gel rechts schneller als links und die resultierenden Wellen wandern von rechts nach links. Ab einem bestimmten Unterschied in der Bestrahlungsstärke entstehen wurmartige Bewegungen des Gels von links nach rechts, also eine retrograde Fortbewegung. Wird der Unterschied weiter erhöht, kommt das Gel zum Stillstand.

Eine weitere Vergrößerung setzt das Gel wieder in Bewegung, aber in die andere Richtung, eine direkte Fortbewegung resultiert. Die ungleiche Bestrahlung spielt eine Rolle analog zu Verankerungssegmenten und Anhängseln (wie Gliedmaßen und Flügeln) während der Zellwanderung und der Fortbewegung von Tieren: Die Richtung wird gesteuert, indem sie die eine Bewegung verstärken und/oder die entgegengerichtete Bewegung hemmen.

Durch Modellrechnungen gelang es den Forschern, die Vorgänge zu beschreiben. Innerhalb des Gels gibt es Regionen, in denen Zug- und Regionen, in denen Schubkräfte vorherrschen. Variationen der Bestrahlungsintensität führen hier zu unterschiedlichen Veränderungen der Reibungskräfte und der Spannungen. Werden diese Effekte aufsummiert, lässt sich für ein Volumenelement des Gels vorhersagen, in welche Richtung es sich bewegt.

Eine wichtige erste Erkenntnis aus dem Modell: Spezielle Änderungen der viskoelastischen Eigenschaften des von Schnecken und Würmern abgesonderten Schleims sind, anders als angenommen, für eine gerichtete Bewegung nicht zwingend erforderlich.

Angewandte Chemie: Presseinfo 36/2016

Autor: Irving R. Epstein, Brandeis University (USA), http://www.brandeis.edu/departments/chemistry/faculty/epstein.html

Link zum Originalbeitrag: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201608367

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.

Weitere Informationen:

http://presse.angewandte.de

Dr. Karin J. Schmitz | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Live-Verfolgung in der Zelle: Biologische Fussfessel für Proteine
19.06.2018 | Universität Basel

nachricht Tag it EASI - neue Methode zur genauen Proteinbestimmung
19.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Im Focus: Overdosing on Calcium

Nano crystals impact stem cell fate during bone formation

Scientists from the University of Freiburg and the University of Basel identified a master regulator for bone regeneration. Prasad Shastri, Professor of...

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Hengstberger-Symposium zur Sternentstehung

19.06.2018 | Veranstaltungen

LymphomKompetenz KOMPAKT: Neues vom EHA2018

19.06.2018 | Veranstaltungen

Simulierter Eingriff am virtuellen Herzen

18.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Rätselhaftes IceCube-Ereignis könnte von Tau-Neutrino stammen

19.06.2018 | Physik Astronomie

Automatisierung und Produktionstechnik – Wandlungsfähig – Präzise – Digital

19.06.2018 | Messenachrichten

Überdosis Calcium

19.06.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics