Vo voľnej prírode vyzerá kvapka červa ako akákoľvek iná hlinená guľa, ktorá sa valí po dne rybníka. Ale ak strčíte do jednoduchej paliny, bude reagovať tak, ako by hlinená guľa nikdy nereagovala, vyskočí v tvare rezancov, ktorý by si pastafariáni mohli pomýliť s niečím božským.
Takto Saad Bhamla objavil svoju prvú kvapku červa v jazierku v Kalifornii. „Akonáhle doň udriete palicou, ožije,“ povedal Dr. Bhamla, bioinžinier zo Školy chemického a biomolekulového inžinierstva Georgia Institute of Technology. Stretnutie doktora Bhamlu s červou škvrnou ho trápilo roky (v dobrom slova zmysle, hovorí), kým si nezaložil vlastné laboratórium a nepotreboval prvý projekt.
Kalifornský čierny červ, mäkké a tenké povrazy, ktoré sú rovnako červené ako mäso z obchodu s potravinami, často žijú v sezónnych bazénoch. Keď sú dobré časy, červ je len červ, ktorý tápa sám od seba. Keď sú časy zlé, z jedného červa sa stane kvapka, ktorá sa spolu so stovkami či tisíckami iného hmyzu zamotá do slizkej, vrásčitej gule. A podobne ako animované klbko priadze, aj kvapka červa sa môže pohybovať ako jeden celok, odfúknutý predátormi alebo stresom.
„Sú zavesené a skrútené v tejto súdržnej entite, ktorá sa plazí okolo,“ povedala Chantal Nguyen, postdoktorandka a fyzička z Biofrontiers Institute na University of Colorado Boulder.
Ale ako ho červ získa a udržiava? V nedávnej štúdii v časopise Hranice vo fyzike, Dr. Nguyen a Dr. Bhamla odhalili tajomstvá schopnosti blobu pohybovať sa. Dokázali to vytvorením počítačového modelu zapleteného kalifornského čierneho červa.
„Bolo to také strašné a veľmi šokujúce, ale bolo to aj krásne,“ povedal Albert Cao, postdoktorand, ktorý študuje kolektívne správanie na Inštitúte Santa Fe v Novom Mexiku. Simulácie, povedal, „pripravujú cestu pre nové typy modelov pre podobné zapletené systémy.“
Ľudia od nepamäti pozorovali skupinky zvierat pohybujúce sa kolektívne a spoločne: hladné stáda, húfy rýb, pakomár roja ťažké kovové hlavy mosho. Ale len málo ľudí malo to šťastie alebo záujem vidieť kvapky červov.
Červová kvapka sa správa ako pevná látka a kvapalina, ako guľa cesta alebo guľa šampónu. Na vytvorenie koherentnej škvrny je potrebných iba 10 červov. Hrudka (červená) asi 100 000 červov vyzerá ako hrudka cesta na pizzu. Neexistuje žiadny známy limit, koľko hmyzu dokáže vytvoriť kvapku, s výnimkou vašej fantázie.
Keď Serena Dingová, výskumníčka z Inštitútu správania zvierat Maxa Plancka, prvýkrát uvidela obrázok čierneho červa, prebehlo jej hlavou. „Najskôr som bol šokovaný,“ povedal doktor Ding, ktorý nebol spájaný s novinami. „A potom som bol vyvedený z miery a potom som bol fascinovaný.“
Doktorka Dingová, ktorá študuje tvorbu škvŕn na veľmi študovanej háďatke Caenorhabditis elegans, opísala svoje guličky C. elegans ako „prekrývajúce sa, ako miska rezancov na špagety“. Kvapky čierneho červa sú „skôr ako špagetové rezance spadnuté na podlahu,“ povedala v hovore Zoom a slintala. „C. elegans je pomenovaná podľa toho, že je elegantná. Toto sú len… nie.“
Ale táto chaotická škvrna čierneho červa chytila srdce doktora Bhamlu. Kvapky mu pripadajú ako cesto na pizzu, ktoré steká z prstov. „Ale je vyrobený z červov,“ povedal. „Žiť ako nočná mora.“
Vo februári doktor Bhamla a skupina výskumníkov opísali v časopise dynamiku červích kvapôčok Zborník Národnej akadémie vied.
Pre tento dokument viedla experimenty Yasemin Ozkan-Aydin, teraz robotická inžinierka na University of Notre Dame. Keď doktor Ozkan-Aydin vytiahol červy z vody, vydali sa na rôzne úlohy, aby sa do nej vrátili. Ak nedostali vodu, napuchli, čo im umožnilo zostať mimo vody 10-krát dlhšie ako jednotlivé druhy hmyzu.
„Dôvod, prečo sa zhromažďujú, nie je z láskavosti ich sŕdc, ale z toho, že využívajú ostatných jedincov,“ povedal Simon Garnier, biológ z Technologického inštitútu v New Jersey. .
Doktor Ozkan-Aydin tiež zistil, že trus červov sa hromadne vzďaľuje od stresových faktorov, akými sú svetlo a teplo. Kvapka červa na horúcej platni sa bude pohybovať smerom k chladnejšej časti a kvapka červa pod reflektorom sa bude pohybovať ako kvapka. Ak sa však platňa zahreje na približne 100 stupňov Fahrenheita, príliš horúcu na to, aby červ prežil, kvapka sa rýchlo oddelí. V malom počte sa kvapka sama poháňa delením, rozširovaním, ťahaním hmyzu dopredu a navíjaním dozadu, kývaním, čím sa znižuje trenie. Veľké kvapky červov, ktoré je ťažké si predstaviť kvôli samotnej hustote ich zložiek, môžu postupovať zložitejším spôsobom.
Orit Peleg, fyzik na University of Colorado a autor nového článku v Frontiers in Physics, prvýkrát videl kvapky na výlete do Georgia Tech. Kvapky pripomínajú doktorovi Pelegovi biologické polyméry, s ktorými kedysi pracoval, napríklad s DNA, až na to, že kvapky boli viditeľné voľným okom a boli vyrobené z hmyzu. Keď Dr. Peleg ukázal Dr. Nguyenovi video, ako kvapka červa rieši bludisko, Dr. Nguyen už viac nepotreboval presviedčať, aby pracoval na hmyze.
Dr. Nguyen vytvoril simulovaný model individuálnych aj škvrnitých čiernych červov, pozostávajúci z malých kvapiek 20 rovnakých červov. Každý červ bol reprezentovaný sériou navlečených guľôčok, ktoré sa mohli ohýbať a naťahovať ako skutočný červ. Dr. Nguyen zaviedol do modelu pripevňovaciu silu, ktorá spôsobila, že sa červy modelu zlepili do guličky v dvoch rozmeroch.
O Dr. Nguyenovi a jeho kolegoch Dr. Cao povedal: „Toto skutočný červ nerobí, a napriek tomu stále vizuálne a kvantitatívne reprodukujú správanie kvapôčky.“
V raných prototypoch modelu simulované červy nespolupracovali, buď sa odlepili od kvapôčky, alebo sa prikrčili na jednom mieste. Doktor Nguyen sa pohrával s lepkavosťou hmyzu a silou ich individuálneho pohonu, až kým nenašiel sladké miesto, kde by kvapka červa mohla nakoniec postupovať ako jedna.
Model nám ukazuje, že „neexistuje toto jasné rozdelenie“ medzi živými a neživými materiálmi, povedal Dr Peleg a dodal, že vedci dúfajú, že model by mohol inšpirovať zapletené roboty vyrobené z flexibilných materiálov.
Výskumníci plánujú rozšíriť svoj model do troch rozmerov, aby získali viac informácií o tom, ako sa hmyz zamotáva, krúti a spája. Dr Garnier navrhol, že toto rozšírenie by mohlo odpovedať na jednu z jeho pálčivých otázok o blobe: kde by sa červ v blobe s najväčšou pravdepodobnosťou chcel nachádzať.
Najlepšia poloha, pomyslel si, by mohla byť dostatočne blízko povrchu na uchopenie zdrojov, ale dostatočne hlboko vo vnútri, aby červ nebol prvou obrannou líniou. „Kolektívne systémy sa musia vyrovnať s týmito kompromismi,“ povedal. „Keď je nás príliš veľa, nie je dosť koláča pre každého, veci začnú byť škaredé.“
Našťastie má laboratórium doktora Bhamlu milióny čiernych červov pripravených rozkvitnúť. Pandémia koronavírusu a sucho urobili z hmyzu horúcu komoditu, a tak sa laboratórium Dr. Bhamla vyvíja samo. O niekoľko dní neskôr objaví spletenú reťaz červov, ktorá skĺzne zo steny pri pokuse o útek z väzenia.
Ráno, keď výskumníci zablikajú nad horným svetlom, všetok voľne sa pohybujúci hmyz sa zahrabe do jednej guľôčky, kým sa neprispôsobí svetlu a odpočinie si. Hovorím si: ‚Aká párty sa tam konala, keď bola tma a zima? Povedal Dr. Bhamla. „Je ťažké nezamilovať sa do nich.“
