في الطبيعة ، تبدو قطرة الدودة مثل أي كرة طينية أخرى ملقاة حول قاع بركة. ولكن إذا قمت بوخز قطرة متواضعة من دودة ، فسوف تتفاعل بطريقة لن تتفاعل معها كرة من الطين أبدًا ، حيث تتلوى في شكل المعكرونة الذي قد يخطئ فيه Pastafarian لشيء إلهي.
هكذا اكتشف سعد بحملة أول قطرة دودة له في بركة بولاية كاليفورنيا. قال الدكتور بهاملا ، مهندس بيولوجي في كلية الهندسة الكيميائية والجزيئية الحيوية في معهد جورجيا للتكنولوجيا: “عندما تدفعها بعصا ، فإنها تعود إلى الحياة”. ظل لقاء الدكتور بهاملا مع الدودة الفقاعية يطارده لسنوات (بطريقة جيدة ، كما يقول) حتى بدأ مختبره الخاص واحتاج إلى مشروع أول.
غالبًا ما تعيش ديدان كاليفورنيا السوداء ، وهي خيوط ناعمة ورقيقة مثل الأحمر السريالي مثل لحوم البقالة ، في برك موسمية. عندما تكون الأوقات جيدة ، تكون الدودة مجرد دودة متذبذبة من تلقاء نفسها. عندما تكون الأوقات صعبة ، يجب أن تصبح الدودة قطرة ، متشابكة مع مئات أو آلاف الديدان الأخرى في كرة ملتوية لزجة. ومثل كرة الغزل المتحركة ، يمكن أن تتحرك قطرة الدودة كوحدة واحدة ، مبتعدة عن الحيوانات المفترسة أو الإجهاد.
قالت شانتال نغوين ، زميلة ما بعد الدكتوراه والفيزيائية في معهد BioFrontiers في جامعة كولورادو في بولدر: “إنهم يظلون مضفرين وملفوفين في هذه الوحدة المتماسكة الزاحفة”.
ولكن كيف تصل الدودة إلى blobdom وتحافظ عليه؟ في دراسة حديثة للمجلة الحدود في الفيزياء، قامت مجموعة من الباحثين بما في ذلك الدكتور نجوين والدكتور بهاملا بكشف أسرار قدرة النقطة على الحركة. لقد فعلوا ذلك من خلال إنشاء نموذج حاسوبي لديدان كاليفورنيا السوداء المتشابكة.
قال ألبرت كاو ، زميل ما بعد الدكتوراه الذي يدرس السلوك الجماعي في معهد سانتا في في نيو مكسيكو ، عن نقط الديدان: “لقد كان الأمر مروعًا جدًا وصادمًا جدًا ، ولكنه أيضًا جميل جدًا”. وأضاف أن المحاكاة “تمهد الطريق لأنواع جديدة من النماذج لأنظمة متشابكة مماثلة”.
منذ زمن بعيد ، رأى الناس مجموعات من الحيوانات تتحرك بشكل جماعي وفي انسجام: قطيع من الزرزور ، ومدرسة للأسماك ، سرب البراغيش، ورؤوس المعادن الثقيلة مش. لكن قلة من الناس امتلكوا امتياز أو مصلحة مراقبة بقع الدودة.
تتصرف قطرة الدودة مثل مادة صلبة وسائلة ، مثل كرة من المعجون أو كرة الشامبو. يستغرق الأمر حوالي عشرة ديدان فقط لتشكيل قطرة متماسكة. تبدو قطرة من حوالي 100000 دودة وكأنها قطعة من عجينة البيتزا (حمراء). لا يوجد حد معروف لعدد الديدان التي يمكن أن تشكل قطرة ، ربما باستثناء خيالك.
عندما شاهدت سيرينا دينج ، الباحثة في معهد ماكس بلانك لسلوك الحيوان ، لأول مرة صورة لبقع الدودة السوداء ، تسابق عقلها. قال الدكتور دينغ ، الذي لم يشارك في الوثيقة: “لقد صُدمت في البداية”. “وبعد ذلك شعرت بالاشمئزاز ، ثم فتنت”.
وصف الدكتور دينغ ، الذي يدرس البقع في الديدان الخيطية المدروسة جيدًا Caenorhabditis elegans ، بقع C. elegans الخاصة به بأنها “متداخلة بشدة ، مثل وعاء من المعكرونة السباغيتي.” قالت ، مستهتمة من مكالمة زووم ، إن كرات الدودة السوداء “تبدو أشبه بشعرية السباغيتي التي سقطت على الأرض”. “تدين C. elegans باسمها لأناقتها. هذه ليست سوى… لا.
لكن هذه البقعة الفوضوية من بقع الدودة السوداء بالتحديد هي التي استحوذت على قلب الدكتور بهاملا. بالنسبة له ، تبدو البقع مثل عجينة بيتزا تتدفق عبر أصابعه. قال “لكنها مكونة من الديدان”. “مثل الكابوس يأتي إلى الحياة”.
في فبراير ، وصف الدكتور بهاملا ومجموعة من الباحثين ديناميكيات بقع الدودة في المجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
في هذا المقال ، قادت ياسمين أوزكان أيدين ، وهي الآن مهندسة روبوتات في جامعة نوتردام ، التجارب. عندما أخرج الدكتور أوزكان أيدين الديدان من الماء ، انزلقت في مهام فردية للعودة. إذا لم يتمكنوا من العثور على الماء ، فسوف يسدّون ، وهو تشابك يسمح لهم بالبقاء على قيد الحياة خارج الماء 10 مرات أطول من الديدان الفردية.
قال سايمون غارنييه ، عالم الأحياء في معهد نيوجيرسي للتكنولوجيا ، والذي لم يشارك في العملية: “السبب في جمعهم معًا ليس من حسن القلب ، ولكن باستخدام بقية الأفراد لحماية أنفسهم من الجفاف”. في البحث. .
وجد الدكتور أوزكان أيدين أيضًا أن البقع الدودية تتحرك بشكل جماعي بعيدًا عن الضغوطات مثل الضوء والحرارة. ستنتقل قطرة دودة على لوح تسخين إلى قسم أكثر برودة ، وستتحرك قطرة دودة تحت ضوء موضعي مثل قطرة. ولكن إذا تم تسخين الصفيحة إلى حوالي 100 درجة فهرنهايت ، وهي ساخنة جدًا بحيث لا تستطيع الديدان البقاء على قيد الحياة ، فإن النقرس سينهار بسرعة. بأعداد أصغر ، تدفع القطرة نفسها عن طريق تقسيم العمل ، مع ديدان مشدودة وجاذبة في المقدمة وديدان ملفوفة ومتذبذبة في المؤخرة لتقليل الاحتكاك. يمكن أن تتحرك بقع الديدان الأكبر ، والتي يصعب تصورها بسبب كثافة مكوناتها ، بطرق أكثر تعقيدًا.
أوريت بيليج ، عالِم الفيزياء بجامعة كولورادو ومؤلف مقالة Frontiers in Physics الجديدة ، رصد لأول مرة النقاط خلال زيارة إلى Georgia Tech. ذكّرت القطرات الدكتورة فالج بالبوليمرات البيولوجية التي عملت معها ذات مرة ، مثل الحمض النووي ، باستثناء القطرات التي كانت مرئية للعين المجردة ومصنوعة من الديدان. عندما عرض الدكتور بيليج على الدكتور نغوين مقطع فيديو لقطرة دودة وهي تحل متاهة ، لم يكن الدكتور نجوين بحاجة إلى أن يكون أكثر اقتناعًا بالعمل على الديدان.
صمم الدكتور نجوين نموذجًا محاكاة للديدان السوداء الكروية الفردية ، والتي تتضمن بقعًا صغيرة من 20 دودة متطابقة. تم تمثيل كل دودة بسلسلة من الخرزات المدببة ، القادرة على الانحناء والتمدد مثل دودة حقيقية. قدم الدكتور نجوين قوة ارتباط في النموذج مما دفع الديدان النموذجية إلى التشبث ببعضها البعض في قطرة ثنائية الأبعاد.
قال الدكتور كاو عن الدكتور نجوين وزملائه: “هذا ليس ما تفعله الدودة الحقيقية ، ومع ذلك فهي لا تزال تحاكي سلوك النقطة بصريًا وكميًا”.
في النماذج الأولية للنموذج ، كانت الديدان المحاكاة غير متعاونة ، إما بفك تشابك نفسها من النقرس أو القرفصاء في نفس المكان. تلاعبت الدكتورة نجوين بلزوجة الديدان وقوة دفعها الفردي حتى وجدت مكانًا مثاليًا حيث يمكن أن تتحرك الدودة كواحدة في النهاية.
يوضح الدكتور بيليج أن النموذج يوضح لنا “أنه لا يوجد فصل حاد” بين المواد الحية وغير الحية ، مضيفًا أن الباحثين يأملون أن يكون النموذج مصدر إلهام للروبوتات المتشابكة المصنوعة من مواد مرنة.
يخطط الباحثون لتوسيع نموذجهم ثلاثي الأبعاد لفهم أفضل لكيفية تشابك الديدان وتلفها وتضفيرها معًا. اقترح الدكتور غارنييه أن هذا الامتداد يمكن أن يجيب على أحد أسئلته الملحة حول النقطة: أين تود الدودة أن تكون بداخلها.
كان يعتقد أن أفضل مكان قد يكون قريبًا بما يكفي من السطح للبحث عن الموارد ، ولكنه عميق بما يكفي في الداخل بحيث لا تكون الدودة هي خط الدفاع الأول. وقال: “يجب أن تواجه الأنظمة الجماعية هذه التنازلات”. “عندما يكون هناك الكثير منا ، ولا توجد كعكة كافية للجميع ، تبدأ الأمور في السوء.”
لحسن الحظ ، يحتوي مختبر الدكتور بهاملا على عشرات الملايين من الديدان السوداء الجاهزة للنقع. لقد جعل وباء فيروس كورونا والجفاف من الديدان سلعة ساخنة ، لذلك يعمل مختبر الدكتور بهاملا على تنمية قدراته الخاصة. في بعض الأيام يكتشف سلسلة مضفرة من الديدان التي تزحف على طول الجدار أثناء محاولته كسر الحماية.
في الصباح ، عندما يضيء الباحثون الأضواء العلوية ، تندفع جميع الديدان الحرة معًا في قطرات حتى تتكيف مع الضوء وتسترخي. قال الدكتور بهاملا: “أنا مثل” ما هي الحفلة التي كانت تقام هناك عندما كان الجو مظلماً وباردًا؟ ” “ليس من الصعب أن تقع في حبهم.”
