Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bewegungen in der lebenden Zelle beobachten

29.04.2016

Prinzipien der statistischen Thermodynamik: Forscher entwickeln neue Untersuchungsmethode

Ein Forscherteam aus Deutschland, den Niederlanden und den USA hat eine neue Methode entwickelt, mit der sich Bewegungsprozesse in lebenden Zellen nach ihrem Energieverbrauch unterscheiden lassen.


Anlehnung an Zellexperimente: skizzierte Darstellung, wie Energie von den fluktuierenden Zilien durch Kollisionen auf das Flügelrad übertragen wird.

Nanosystems Initiative Munich (NIM), Dutch Data Design, Universität Göttingen

Um die Funktion von Zellen zu verstehen, ist es wichtig, zwischen Vorgängen zu unterscheiden, die aktiv durch den Verbrauch von metabolischer Energie angetrieben werden, und solchen, die nur aufgrund von thermischer Kollision stattfinden.

Neben den Universitäten Göttingen und Amsterdam waren Wissenschaftler der Ludwig-Maximilians-Universität München, der amerikanischen Universitäten Princeton und Yale sowie des Massachusetts Institute of Technology an der Studie beteiligt. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Science erschienen.

Ein Charakteristikum lebender Systeme ist, dass sie fortwährend Energie verbrauchen müssen, um am Leben zu bleiben – Energie, die durch Photosynthese oder Stoffwechsel gewonnen wird. Dieser Zustand des „thermodynamischen Ungleichgewichts“ unterscheidet sie von toter Materie, die sich meistens im „thermodynamischen Gleichgewicht“ befindet.

Mikroskopische Bewegungsprozesse in lebenden Zellen können jedoch sowohl durch thermodynamisches Ungleichgewicht als auch beispielsweise durch die Bombardierung durch kleine Moleküle – wie etwa Wassermoleküle – in Gang gesetzt werden. Letzteres findet auch im Gleichgewicht statt. Welcher Art der Antrieb ist, lässt sich auch bei mikroskopischer Betrachtung nicht immer zweifelsfrei feststellen.

Die Forscherinnen und Forscher wandten nun fundamentale Prinzipien der statistischen Thermodynamik an, um die beiden verschiedenen Antriebsarten eindeutig zu unterscheiden. Durch die sorgfältige Evaluation von Aufnahmen eines Videomikroskops konnten sie Bewegungsprozesse identifizieren, bei denen bestimmte Vorgänge zyklisch in einer bestimmten Richtung abliefen, was im Gleichgewicht strikt ausgeschlossen und damit ein Beweis für ein System im thermodynamischen Ungleichgewicht ist.

„Diese Erkenntnis ist wichtig für die Biologie, aber auch für die statistische Physik und die Biophysik, da sie eine einfache und praktische Methode darstellt, um nachzuweisen, welche Prozesse in lebenden Systemen aktiv angetrieben werden“, erläutert einer der beiden Leiter der Studie, Prof. Dr. Christoph Schmidt vom III. Physikalischen Institut der Universität Göttingen.

Originalveröffentlichung: Christopher Battle et al. Broken detailed balance at mesoscopic scales in active biological systems. Science 2016. Doi: 10.1126/science.aac8167.

Kontaktadresse:
Prof. Dr. Christoph Schmidt
Georg-August-Universität Göttingen
Fakultät für Physik
III. Physikalisches Institut – Biophysik
Friedrich-Hund-Platz 1, 37077 Göttingen, Telefon (0551) 39-7713
E-Mail: christoph.schmidt@phys.uni-goettingen.de
Internet: http://www.uni-goettingen.de/en/499370.html

Weitere Informationen:

http://www.uni-goettingen.de/de/3240.html?cid=5477 Fotos

Thomas Richter | Georg-August-Universität Göttingen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Der Türsteher im Gehirn
06.08.2020 | Institute of Science and Technology Austria

nachricht Peptide: Forschungs-Erfolg mit den kleinen Geschwistern der Proteine
06.08.2020 | Hochschule Coburg

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: Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

Eine entscheidende Ergänzung zum Stanzen von Kontakten erarbeiteten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT. Die Aachener haben im Rahmen des EFRE-Forschungsprojekts ScanCut zusammen mit Industriepartnern aus Nordrhein-Westfalen ein hybrides Fertigungsverfahren zum Laserschneiden von dünnwandigen Metallbändern entwickelt, wodurch auch winzige Details von Kontaktteilen umweltfreundlich, hochpräzise und effizient gefertigt werden können.

Sie sind unscheinbar und winzig, trotzdem steht und fällt der Einsatz eines modernen Fahrzeugs mit ihnen: Die Rede ist von mehreren Tausend Steckverbindern im...

Im Focus: ScanCut project completed: laser cutting enables more intricate plug connector designs

Scientists at the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT have come up with a striking new addition to contact stamping technologies in the ERDF research project ScanCut. In collaboration with industry partners from North Rhine-Westphalia, the Aachen-based team of researchers developed a hybrid manufacturing process for the laser cutting of thin-walled metal strips. This new process makes it possible to fabricate even the tiniest details of contact parts in an eco-friendly, high-precision and efficient manner.

Plug connectors are tiny and, at first glance, unremarkable – yet modern vehicles would be unable to function without them. Several thousand plug connectors...

Im Focus: Elektrogesponnene Vliese mit gerichteten Fasern für die Sehnen- und Bänderrekostruktion

Sportunfälle und der demografische Wandel sorgen für eine gesteigerte Nachfrage an neuen Möglichkeiten zur Regeneration von Bändern und Sehnen. Eine Kooperation aus italienischen und deutschen Wissenschaftler*innen forschen gemeinsam an neuen Materialien, um dieser Nachfrage gerecht zu werden.

Dem Team ist es gelungen elektrogesponnene Vliese mit hochgerichteten Fasern zu generieren, die eine geeignete Basis für Ersatzmaterialien für Sehnen und...

Im Focus: New Strategy Against Osteoporosis

An international research team has found a new approach that may be able to reduce bone loss in osteoporosis and maintain bone health.

Osteoporosis is the most common age-related bone disease which affects hundreds of millions of individuals worldwide. It is estimated that one in three women...

Im Focus: Neue Strategie gegen Osteoporose

Ein internationales Forschungsteam hat einen neuen Ansatzpunkt gefunden, über den man möglicherweise den Knochenabbau bei Osteoporose verringern und die Knochengesundheit erhalten kann.

Die Osteoporose ist die häufigste altersbedingte Knochenkrankheit. Weltweit sind hunderte Millionen Menschen davon betroffen. Es wird geschätzt, dass eine von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Innovationstage 2020 – digital

06.08.2020 | Veranstaltungen

Innovationen der Luftfracht: 5. Air Cargo Conference real und digital

04.08.2020 | Veranstaltungen

T-Shirts aus Holz, Möbel aus Popcorn – wie nachwachsende Rohstoffe fossile Ressourcen ersetzen können

30.07.2020 | Veranstaltungen

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

Der Türsteher im Gehirn

06.08.2020 | Biowissenschaften Chemie

Kognitive Energiesysteme: Neues Kompetenzzentrum sucht Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft

06.08.2020 | Energie und Elektrotechnik

Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

06.08.2020 | Verfahrenstechnologie

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