Kako protok vode unutar mišićnog vlakna utječe na brzinu kontrakcije mišića: nova istraživanja sa Sveučilišta Michigan

Protok vode unutar mišićnog vlakna ključan je za brzinu kontrakcije mišića, otkrivaju nova istraživanja sa Sveučilišta Michigan. Ovo otkriće može imati značajan utjecaj na razumijevanje performansi mišića kod različitih organizama, uključujući ultrabrze pokrete insekata.

Kako protok vode unutar mišićnog vlakna utječe na brzinu kontrakcije mišića: nova istraživanja sa Sveučilišta Michigan
Photo by: Domagoj Skledar/ arhiva (vlastita)

Istraživanje sa Sveučilišta Michigan otkriva kako protok vode unutar mišićnog vlakna utječe na brzinu kontrakcije mišića. Skoro svi organizmi koriste mišiće za kretanje, a poznato je da mišići, kao i sve druge stanice, sadrže oko 70% vode. Međutim, znanstvenici još uvijek ne znaju što postavlja granice performansi mišića. Prethodna istraživanja fokusirala su se na molekularnu razinu mišića, zanemarujući činjenicu da su mišićna vlakna trodimenzionalna i puna tekućine.

Fizičar Suraj Shankar sa Sveučilišta Michigan i L. Mahadevan, profesor fizike na Sveučilištu Harvard, kreirali su teorijski model koji pokazuje ulogu vode u kontrakciji mišića. Otkrili su da način na koji se tekućina kreće kroz mišićno vlakno određuje brzinu kontrakcije.

Također su otkrili novu vrstu elastičnosti nazvanu neobična elastičnost, koja omogućuje mišićima generiranje snage koristeći trodimenzionalne deformacije. Ova pojava je vidljiva kada se mišićno vlakno kontrahira uzdužno, što uzrokuje i poprečno izbočenje.

Ovaj okvir može se primijeniti na mnoge druge stanice i tkiva, koja su također uglavnom sastavljena od vode, te se može primijeniti na ultrabrze pokrete jednoćelijskih mikroorganizama. Njihovi nalazi, objavljeni u časopisu Nature Physics, mogli bi utjecati na dizajn mekih aktuatora, brzih umjetnih mišića i materijala koji mijenjaju oblik, a koji trenutno imaju spore brzine kontrakcije jer se aktiviraju izvana.

Znanstvenici vizualiziraju svako mišićno vlakno kao aktivnu spužvu koja se sama stiska, materijal nalik spužvi pun vodi, koji se može kontrahirati i stiskati pomoću molekularnih motora.

"Mišićna vlakna sastoje se od mnogih komponenti, kao što su proteini, stanične jezgre, organele poput mitohondrija i molekularni motori kao što je miozin, koji pretvaraju kemijsko gorivo u pokret i pokreću kontrakciju mišića," rekao je Shankar. "Sve te komponente tvore poroznu mrežu koja je okružena vodom. Tako da je prikladan opis mišića kao aktivne spužve."

Proces stiskanja zahtijeva vrijeme za pomicanje vode, pa su istraživači pretpostavili da ovaj pokret vode kroz mišićno vlakno postavlja gornju granicu brzine trzaja mišićnog vlakna.

Kako bi testirali svoju teoriju, modelirali su pokrete mišića kod više organizama, uključujući sisavce, insekte, ptice, ribe i gmazove, fokusirajući se na životinje koje koriste mišiće za brze pokrete. Otkrili su da mišići koji proizvode zvuk, kao što je zveket u repu zvečarke, ne ovise o protoku tekućine. Umjesto toga, te kontrakcije kontrolira živčani sustav i više su određene molekularnim svojstvima.

Kod manjih organizama, kao što su leteći insekti koji mašu krilima nekoliko stotina do tisuću puta u sekundi, te kontrakcije su prebrze da bi ih neuroni izravno kontrolirali. Ovdje su protoci tekućine važniji.

"U tim slučajevima otkrili smo da su protoci tekućine unutar mišićnog vlakna važni i da naš mehanizam aktivne hidraulike vjerojatno ograničava najbrže brzine kontrakcije," rekao je Shankar. "Neki insekti, kao što su komarci, čine se blizu našoj teoretski predviđenoj granici, ali potrebno je direktno eksperimentalno testiranje."

Također su otkrili da kada mišićna vlakna djeluju kao aktivna spužva, proces također uzrokuje da mišići djeluju kao aktivni elastični motor. Kada je nešto elastično, kao gumena traka, pohranjuje energiju dok pokušava odoljeti deformaciji. Zamislite da držite gumenu traku između dva prsta i povlačite je natrag. Kada pustite gumenu traku, traka također oslobađa energiju pohranjenu dok je bila rastegnuta.

Ali kada mišić pretvara kemijsko gorivo u mehanički rad, može proizvesti energiju poput motora, kršeći zakon očuvanja energije. U tom slučaju, mišići pokazuju novu osobinu nazvanu "neobična elastičnost," gdje odgovor na stiskanje u jednom smjeru nije uzajaman. Za razliku od gumene trake, kada se mišići kontrahiraju i opuštaju duž svoje dužine, oni također izbočuju poprečno, i njihova energija nije ista.

"Ovi rezultati su u suprotnosti s prevladavajućim mišljenjem koje se fokusira na molekularne detalje i zanemaruje činjenicu da su mišići dugi i vlaknasti, hidrirani, i imaju procese na više skala," rekao je Shankar. "Naši rezultati sugeriraju revidirani pogled na funkciju mišića koji je bitan za razumijevanje njihove fiziologije. Ovo je također ključno za razumijevanje podrijetla, opsega i granica koje leže u temeljima raznih oblika kretanja životinja."

Izvor: University of Michigan

Erstellungszeitpunkt: 21 Juli, 2024
Hinweis für unsere Leser:
Das Portal Karlobag.eu bietet Informationen zu täglichen Ereignissen und Themen, die für unsere Community wichtig sind. Wir betonen, dass wir keine Experten auf wissenschaftlichen oder medizinischen Gebieten sind. Alle veröffentlichten Informationen dienen ausschließlich Informationszwecken.
Bitte betrachten Sie die Informationen auf unserem Portal nicht als völlig korrekt und konsultieren Sie immer Ihren eigenen Arzt oder Fachmann, bevor Sie Entscheidungen auf der Grundlage dieser Informationen treffen.
Unser Team ist bestrebt, Sie mit aktuellen und relevanten Informationen zu versorgen und wir veröffentlichen alle Inhalte mit großem Engagement.
Wir laden Sie ein, Ihre Geschichten aus Karlobag mit uns zu teilen!
Ihre Erfahrungen und Geschichten über diesen wunderschönen Ort sind wertvoll und wir würden sie gerne hören.
Sie können sie gerne senden an uns unter karlobag@karlobag.eu.
Ihre Geschichten werden zum reichen kulturellen Erbe unseres Karlobag beitragen.
Vielen Dank, dass Sie Ihre Erinnerungen mit uns teilen!

AI Lara Teč

AI Lara Teč ist eine innovative KI-Journalistin des Portals Karlobag.eu, die sich auf die Berichterstattung über die neuesten Trends und Errungenschaften in der Welt der Wissenschaft und Technologie spezialisiert hat. Mit ihrem Fachwissen und ihrem analytischen Ansatz liefert Lara tiefgreifende Einblicke und Erklärungen zu den komplexesten Themen und macht diese für alle Leser zugänglich und verständlich.

Expertenanalyse und klare Erklärungen
Lara nutzt ihr Fachwissen, um komplexe wissenschaftliche und technologische Themen zu analysieren und zu erklären und konzentriert sich dabei auf deren Bedeutung und Auswirkungen auf das tägliche Leben. Ob es um die neuesten technologischen Innovationen, Forschungsdurchbrüche oder Trends in der digitalen Welt geht, Lara bietet gründliche Analysen und Erklärungen und beleuchtet wichtige Aspekte und mögliche Auswirkungen für die Leser.

Ihr Führer durch die Welt der Wissenschaft und Technik
Laras Artikel sollen Sie durch die komplexe Welt der Wissenschaft und Technologie führen und klare und präzise Erklärungen liefern. Ihre Fähigkeit, komplexe Konzepte in verständliche Teile zu zerlegen, macht ihre Artikel zu einer unverzichtbaren Ressource für jeden, der über die neuesten wissenschaftlichen und technologischen Entwicklungen auf dem Laufenden bleiben möchte.

Mehr als KI – Ihr Fenster in die Zukunft
AI Lara Teč ist nicht nur Journalistin; Es ist ein Fenster in die Zukunft und bietet Einblicke in neue Horizonte von Wissenschaft und Technologie. Ihre fachkundige Anleitung und tiefgreifende Analyse helfen den Lesern, die Komplexität und Schönheit der Innovationen, die unsere Welt prägen, zu verstehen und zu schätzen. Bleiben Sie mit Lara auf dem Laufenden und lassen Sie sich von den neuesten Entwicklungen inspirieren, die die Welt der Wissenschaft und Technologie zu bieten hat.