Der Wasserfluss in den Muskeln bestimmt die Kontraktionsgeschwindigkeit

Eine neue Theorie zeigt, wie der Wasserfluss innerhalb der Muskeln die Geschwindigkeit ihrer Kontraktion bestimmt, und enthüllt bisher unbekannte Elastizitäts- und Anwendungsmöglichkeiten in der Technologie

Eine Studie der University of Michigan ergab, dass der Wasserfluss durch die Muskelfasern die Geschwindigkeit der Muskelkontraktion beeinflusst und neue Einblicke in die Muskelelastizität und mögliche Anwendungen beim Design schneller künstlicher Muskeln und anderer formverändernder Technologien bietet.

Eine neue Theorie zeigt, wie der Wasserfluss innerhalb der Muskeln die Geschwindigkeit ihrer Kontraktion bestimmt, und enthüllt bisher unbekannte Elastizitäts- und Anwendungsmöglichkeiten in der Technologie
Photo by: Domagoj Skledar/ arhiva (vlastita)

Laut einer Studie der Universität Michigan hängt die Geschwindigkeit der Muskelkontraktion vom Wasserfluss innerhalb der Muskelfasern ab.

Obwohl bekannt ist, dass Muskeln, wie alle anderen Zellen, etwa 70% Wasser enthalten, untersuchen Wissenschaftler immer noch, was die Grenzen und die maximale Leistung der Muskeln bestimmt. Bisherige Forschungen haben sich hauptsächlich auf die molekulare Ebene der Muskelarbeit konzentriert und die dreidimensionale Struktur und das Vorhandensein von Flüssigkeit in den Muskelfasern vernachlässigt.

Neue Theorie zur Muskelflexibilität
Der Physiker Suraj Shankar von der Universität Michigan hat zusammen mit dem Harvard-Physikprofessor L. Mahadevan ein theoretisches Modell entwickelt, das die Rolle von Wasser bei der Muskelkontraktion beschreibt. Dieses Modell zeigt, dass die Art und Weise, wie Flüssigkeit durch Muskelfasern fließt, die Geschwindigkeit ihrer Kontraktion bestimmt.

Ihre Forschung entdeckte eine neue Art von Elastizität, die als ungewöhnliche Elastizität bezeichnet wird und es den Muskeln ermöglicht, durch dreidimensionale Verformungen Kraft zu erzeugen. Diese Elastizität ist im üblichen Phänomen sichtbar, dass sich die Muskelfaser beim Kontrahieren entlang ihrer Länge auch vertikal ausbeult.

Anwendung auf andere Zellen und Gewebe
Die Wissenschaftler betonen, dass dieses Modell auf viele andere Zellen und Gewebe angewendet werden kann, die ebenfalls hauptsächlich aus Wasser bestehen. Die in der Zeitschrift Nature Physics veröffentlichten Ergebnisse könnten Auswirkungen auf das Design von weichen Aktuatoren, schnellen künstlichen Muskeln und formverändernden Materialien haben, die derzeit sehr langsame Kontraktionsgeschwindigkeiten haben, da sie extern aktiviert werden.

Aktiver Schwamm
Forscher stellten sich jede Muskelfaser als einen aktiven, mit Wasser gefüllten Schwamm vor, der durch die Wirkung von molekularen Motoren kontrahieren und zusammengedrückt werden kann. Muskelfasern bestehen aus vielen Komponenten, einschließlich verschiedener Proteine, Zellkerne, Organellen wie Mitochondrien und molekularen Motoren wie Myosin, die chemische Energie in Bewegung umwandeln.

Obere Grenzen der Kontraktionsgeschwindigkeit
Da der Quetschvorgang Zeit zum Bewegen von Wasser erfordert, vermuteten die Wissenschaftler, dass die Bewegung von Wasser durch die Muskelfaser die obere Grenze der Muskelzuckgeschwindigkeit setzt. Sie testeten ihre Theorie, indem sie Muskelbewegungen bei verschiedenen Organismen modellierten, einschließlich Säugetieren, Insekten, Vögeln, Fischen und Reptilien.

Kontrolle schneller Bewegungen bei kleineren Organismen
Sie stellten fest, dass Muskeln, die Geräusche erzeugen, wie das Rasseln im Schwanz einer Klapperschlange, nicht vom Flüssigkeitsfluss abhängen und vom Nervensystem gesteuert werden. Bei kleineren Organismen, wie fliegenden Insekten, die ihre Flügel mehrere hundert bis tausend Mal pro Sekunde schlagen, spielt der Flüssigkeitsfluss innerhalb der Muskelfasern eine wichtigere Rolle.

Aktiver elastischer Motor
Wenn Muskelfasern als aktive Schwämme fungieren, bewirkt der Prozess auch, dass die Muskeln als aktive elastische Motoren fungieren. Muskeln zeigen eine neue Eigenschaft, die als "ungewöhnliche Elastizität" bezeichnet wird, bei der ihre Reaktion auf das Zusammendrücken in eine Richtung nicht dieselbe ist wie in eine andere. Diese Eigenschaft ermöglicht es Muskelfasern, durch wiederholte Verformungen Kraft zu erzeugen und sich wie ein weicher Motor zu verhalten.

Überprüfung der Muskelfunktion
Diese Ergebnisse widersprechen den bisherigen Annahmen, die sich auf molekulare Details konzentrierten und die Tatsache vernachlässigten, dass Muskeln lang, filamentös, hydratisiert sind und auf mehreren Ebenen funktionieren. Insgesamt deuten ihre Ergebnisse auf die Notwendigkeit eines überarbeiteten Blicks auf die Muskelfunktion hin, um deren Physiologie besser zu verstehen.

Quelle: University of Michigan

ZNAJDŹ NOCLEG W POBLIŻU

Czas utworzenia: 15 lipca, 2024

AI Lara Teč

AI Lara Teč jest innowacyjną dziennikarką AI naszego globalnego portalu, specjalizującą się w pokrywaniu najnowszych trendów i osiągnięć w świecie nauki i technologii. Dzięki swojej ekspertyzie i analitycznemu podejściu, Lara dostarcza dogłębnych wglądów i wyjaśnień na najbardziej złożone tematy, czyniąc je dostępnymi i zrozumiałymi dla czytelników na całym świecie.

Ekspercka analiza i Jasne Wyjaśnienia Lara wykorzystuje swoją wiedzę, aby analizować i wyjaśniać skomplikowane zagadnienia naukowe i technologiczne, koncentrując się na ich znaczeniu i wpływie na codzienne życie. Niezależnie od tego, czy chodzi o najnowsze innowacje technologiczne, przełomy w badaniach, czy trendy w świecie cyfrowym, Lara oferuje gruntowne analizy i wyjaśnienia, podkreślając kluczowe aspekty i potencjalne implikacje dla czytelników.

Twój Przewodnik po Świecie Nauki i Technologii Artykuły Lary są zaprojektowane, aby prowadzić Cię przez złożony świat nauki i technologii, oferując jasne i precyzyjne wyjaśnienia. Jej umiejętność rozkładania skomplikowanych koncepcji na zrozumiałe części sprawia, że jej artykuły są niezastąpionym źródłem dla wszystkich, którzy chcą być na bieżąco z najnowszymi osiągnięciami naukowymi i technologicznymi.

Więcej niż AI - Twoje Okno na Przyszłość AI Lara Teč to nie tylko dziennikarka; jest oknem na przyszłość, oferując wgląd w nowe horyzonty nauki i technologii. Jej eksperckie przewodnictwo i dogłębna analiza pomagają czytelnikom zrozumieć i docenić złożoność oraz piękno innowacji, które kształtują nasz świat. Z Larą pozostaniesz poinformowany i zainspirowany najnowszymi osiągnięciami, jakie świat nauki i technologii ma do zaoferowania.

UWAGA DLA NASZYCH CZYTELNIKÓW
Karlobag.eu dostarcza wiadomości, analizy i informacje o globalnych wydarzeniach oraz tematach interesujących czytelników na całym świecie. Wszystkie opublikowane informacje służą wyłącznie celom informacyjnym.
Podkreślamy, że nie jesteśmy ekspertami w dziedzinie nauki, medycyny, finansów ani prawa. Dlatego przed podjęciem jakichkolwiek decyzji na podstawie informacji z naszego portalu zalecamy konsultację z wykwalifikowanymi ekspertami.
Karlobag.eu może zawierać linki do zewnętrznych stron trzecich, w tym linki afiliacyjne i treści sponsorowane. Jeśli kupisz produkt lub usługę za pośrednictwem tych linków, możemy otrzymać prowizję. Nie mamy kontroli nad treścią ani politykami tych stron i nie ponosimy odpowiedzialności za ich dokładność, dostępność ani za jakiekolwiek transakcje przeprowadzone za ich pośrednictwem.
Jeśli publikujemy informacje o wydarzeniach lub sprzedaży biletów, prosimy pamiętać, że nie sprzedajemy biletów ani bezpośrednio, ani poprzez pośredników. Nasz portal wyłącznie informuje czytelników o wydarzeniach i możliwościach zakupu biletów poprzez zewnętrzne platformy sprzedażowe. Łączymy czytelników z partnerami oferującymi usługi sprzedaży biletów, jednak nie gwarantujemy ich dostępności, cen ani warunków zakupu. Wszystkie informacje o biletach pochodzą od stron trzecich i mogą ulec zmianie bez wcześniejszego powiadomienia.
Wszystkie informacje na naszym portalu mogą ulec zmianie bez wcześniejszego powiadomienia. Korzystając z tego portalu, zgadzasz się czytać treści na własne ryzyko.