Embrionet e yjeve të detit notojnë në formim si një ‘kristal i gjallë’

Në fazat e tij më të hershme, shumë kohë përpara se të mbijë shtojcat e tij të veçanta, një embrion yll deti i ngjan një rruaze të vogël, që rrotullohet nëpër ujë si një kushinetë miniaturë.

Tani, shkencëtarët e MIT kanë vërejtur se kur embrione të shumta yje deti rrotullohen deri në sipërfaqen e ujit, ata gravitojnë tek njëri-tjetri dhe bashkohen në mënyrë spontane në një strukturë çuditërisht të organizuar, të ngjashme me kristalin.

Akoma më kurioz, ky “kristal i gjallë” kolektiv mund të shfaqë elasticitet të çuditshëm, një veti ekzotike ku rrotullimi i njësive individuale – në këtë rast, embrioneve – shkakton valëzime shumë më të mëdha në të gjithë strukturën.

Studiuesit zbuluan se ky konfigurim kristal i valëzuar mund të vazhdojë për periudha relativisht të gjata kohore përpara se të shpërbëhet ndërsa embrionet individuale maturohen.

“Është absolutisht e jashtëzakonshme – këto embrione duken si rruaza të bukura qelqi dhe ato dalin në sipërfaqe për të formuar këtë strukturë perfekte kristalore,” thotë Nikta Fakhri, Thomas D. dhe Virginia W. Cabot Profesor i Asociuar i Zhvillimit të Karrierës i Fizikës në MIT. “Ashtu si një tufë zogjsh që mund të shmangin grabitqarët, ose të fluturojnë më mirë sepse mund të organizohen në këto struktura të mëdha, ndoshta kjo strukturë kristalore mund të ketë disa avantazhe që ne nuk i dimë ende.”

Përtej yjeve të detit, thotë ajo, ky grup kristal i vetë-montuar dhe i valëzuar mund të zbatohet si një parim projektimi, për shembull në ndërtimin e robotëve që lëvizin dhe funksionojnë kolektivisht.

“Imagjinoni të ndërtoni një tufë robotësh të butë dhe rrotullues që mund të ndërveprojnë me njëri-tjetrin si këto embrione,” thotë Fakhri. “Ato mund të projektohen për t’u vetëorganizuar për të valëzuar dhe zvarritur nëpër det për të bërë punë të dobishme. Këto ndërveprime hapin një gamë të re të fizikës interesante për t’u eksploruar.”

Fakhri dhe kolegët e saj kanë publikuar rezultatet e tyre në një studim të publikuar sot në Nature.

Fakhri thotë se vëzhgimet e ekipit të kristaleve të yjeve të detit ishin një “zbulim i çuditshëm”. Grupi i saj ka studiuar se si zhvillohen embrionet e yjeve të detit, dhe veçanërisht se si ndahen qelizat embrionale në fazat më të hershme.

“Yjet e detit janë një nga sistemet model më të vjetër për studimin e biologjisë së zhvillimit, sepse ata kanë qeliza të mëdha dhe janë optikisht transparentë”, thotë Fakhri.

Studiuesit po vëzhgonin sesi embrionet notojnë ndërsa piqen. Pasi fekondohen, embrionet rriten dhe ndahen, duke formuar një guaskë që më pas mbin qime të vogla, ose cilia, që e shtyjnë një embrion nëpër ujë. Në një pikë të caktuar, qerpikët koordinohen për të rrotulluar një embrion në një drejtim të caktuar rrotullues, ose “kiralitet”. Tzer Han Tan, një nga anëtarët e grupit, vuri re se ndërsa embrionet notonin në sipërfaqe, ata vazhduan të rrotulloheshin, drejt njëri-tjetrit.

“Një herë në një kohë, një grup i vogël mblidhej së bashku dhe vallëzonin rreth e rrotull,” thotë Fakhri. “Dhe rezulton se ka organizma të tjerë detarë që bëjnë të njëjtën gjë, si disa alga. Pra, menduam, kjo është intriguese. Çfarë ndodh nëse i bashkoni shumë prej tyre?”

Në studimin e tyre të ri, ajo dhe kolegët e saj fekonduan mijëra embrione ylli deti, dhe më pas panë teksa notonin në sipërfaqen e enëve të cekëta.

“Ka mijëra embrione në një pjatë, dhe ata fillojnë të formojnë këtë strukturë kristalore që mund të rritet shumë e madhe,” thotë Fakhri. “Ne e quajmë atë një kristal sepse çdo embrion është i rrethuar nga gjashtë embrione fqinje në një gjashtëkëndësh që përsëritet në të gjithë strukturën, shumë e ngjashme me strukturën kristalore në grafen.”

Për të kuptuar se çfarë mund të jetë nxitja e embrioneve për t’u mbledhur si kristale, ekipi fillimisht studioi fushën e rrjedhës së një embrioni të vetëm, ose mënyrën në të cilën uji rrjedh rreth embrionit. Për ta bërë këtë, ata vendosën një embrion të vetëm yll deti në ujë, më pas shtuan rruaza shumë më të vogla në përzierje dhe morën imazhe të rruazave ndërsa ato rridhnin rreth embrionit në sipërfaqen e ujit.

Bazuar në drejtimin dhe rrjedhën e rruazave, studiuesit ishin në gjendje të hartonin fushën e rrjedhës rreth embrionit. Ata zbuluan se qerpikët në sipërfaqen e embrionit rrahën në atë mënyrë që e rrotulluan embrionin në një drejtim të caktuar dhe krijuan vorbulla në të dyja anët e embrionit që më pas tërhiqeshin në rruazat më të vogla.

Mietke, një postdoc në grupin e matematikës së aplikuar të Dunkel-it në MIT, e punoi këtë fushë rrjedhëse nga një embrion i vetëm në një simulim të shumë embrioneve dhe e bëri simulimin përpara për të parë se si do të silleshin ata. Modeli prodhoi të njëjtat struktura kristalore që ekipi vëzhgoi në eksperimentet e tij, duke konfirmuar se sjellja kristalizuese e embrioneve ka shumë të ngjarë si rezultat i ndërveprimeve të tyre hidrodinamike dhe kiralitetit.

Në eksperimentet e tyre, ekipi vëzhgoi gjithashtu se sapo u formua një strukturë kristalore, ajo vazhdoi për ditë të tëra dhe gjatë kësaj kohe valëzime spontane filluan të përhapeshin nëpër kristal.

“Ne mund ta shihnim këtë kristal që rrotullohej dhe tundej për një kohë shumë të gjatë, gjë që ishte absolutisht e papritur”, thotë ajo. “Ju do të prisnit që këto valëzime të shuheshin shpejt, sepse uji është viskoz dhe do të zbehte këto lëkundje. Kjo na tregoi se sistemi ka një lloj sjelljeje të çuditshme elastike.”

Grumbullimet spontane dhe të gjata mund të jenë rezultat i ndërveprimeve midis embrioneve individuale, të cilat rrotullohen kundër njëri-tjetrit si ingranazhe të ndërthurura. Me mijëra ingranazhe që rrotullohen në formimin e kristalit, shumë rrotullime individuale mund të shkaktojnë një lëvizje më të madhe kolektive në të gjithë strukturën.

Studiuesit tani po hetojnë nëse organizma të tjerë si iriqët e detit shfaqin sjellje të ngjashme kristalore. Ata po eksplorojnë gjithashtu se si kjo strukturë vetë-montuese mund të përsëritet në sistemet robotike.

“Ju mund të luani me këtë parim të projektimit të ndërveprimeve dhe të ndërtoni diçka si një tufë robotike që në fakt mund të funksionojë në mjedis,” thotë ajo.