Старение — это процесс, затрагивающий не только живые существа. Многие материалы, такие как пластмасс и стекло, также стареют — т.е. они медленно меняются со временем, поскольку их частицы пытаются лучше упаковываться — и уже существуют компьютерные модели для описания этого. Биологические материалы, такие как живая ткань, могут показывать поведение, подобное стеклу, за исключением того, что частицы являются настоящими клетками или бактериями, которые имеют собственное движение. Исследователи из Геттингенского университета теперь использовали компьютерное моделирование, чтобы изучить поведение этих «живых» стеклянных систем при старении. Было сюрпризом то, что активность частиц на самом деле может приводить к старению, что имеет потенциальные последствия для ряда приложений. Их исследование было опубликовано в Physical Review Letters.
В таких материалах, как стекло и пластик, их частицы со временем лучше собираются вместе (т.е. стареют). Но если этот процесс нарушается из-за механической деформации, например, если твердое тело изгибается, материалы возвращаются в свое прежнее состояние и, таким образом, «омолаживаются». Чтобы смоделировать то, что происходит в биологических системах, физики из Геттингенского университета разработали обширное компьютерное моделирование модели стекла, состоящего из активных частиц (живого стекла).
Как и в реальной биологической системе, каждая частица в моделировании имеет собственную движущую силу; это моделируется как случайное изменение направления с течением времени. Затем исследователи варьировали временные рамки этих изменений. Когда этот временной масштаб невелик, частицы движутся беспорядочно, как если бы они были при более высокой температуре, и это, как известно, вызывает старение.
Но когда изменение направления происходит медленно, частицы пытаются двигаться в том же направлении, и это должно действовать как локальная деформация, останавливая старение. Однако моделирование здесь показало кое-что интересное и неожиданное: когда активность частиц очень постоянна, она фактически вызывает старение в живых стеклянных системах.
«Мы были действительно удивлены, когда увидели, что постоянная активная тяга может вызвать старение. Мы ожидали, что это будет работать как мелкомасштабная деформация материала, который омолаживает его», — комментирует доктор Ритупарно Мандал из Института теоретической физики Университета Гёттинген. Он продолжает: «Но на самом деле локальная деформация настолько медленная, что частицы могут эффективно плыть по течению и использовать свое движение, чтобы находить более низкие энергетические структуры. В действительности они упаковываются лучше».
Старший автор, профессор Питер Соллих, также из Геттингенского университета, добавил: «Исследование подчеркивает важные особенности стекловидного поведения активных материалов, которые не имеют сопоставимого поведения в обычных очках. Это может иметь последствия для многих биологических процессов, в которых проявляются эффекты стекловидности. Они были идентифицированы, включая поведение клеток при заживлении ран, развитии тканей и метастазировании рака».
