Posted in: Biologie, Mathematik, Physik 4. Dezember 2006 15:32 Weiter lesen →

Lieblingsabstand lässt Zellen schwärmen

Wenn Zellen wie ein Schwarm umherziehen, steckt ein verblüffend einfaches Prinzip dahinter. Das lassen die Beobachtungen und Modellrechungen ungarischer Physiker vermuten. Indem sie einen „Lieblingsabstand“ zu ihren Nachbarn anstreben, werden Goldfisch-Zellen ganz automatisch zu Mitläufern – und das, ohne etwas über die Bewegung ihrer Genossen zu wissen.

Frühere Erklärungsversuche hätten dagegen impliziert, die Individuen im Schwarm könnten dessen Gesamtbewegung abschätzen und entsprechend reagieren, schreiben die Forscher um Bálint Szabó von der Budapester Eötvös-Universität demnächst im Fachblatt „Physical Review E“. Ihrer Ansicht nach sollten die neuen Resultate helfen, „so wichtige Vorgänge wie die Wundheilung oder die Embryonalentwicklung besser zu verstehen“.

Szabó und Kollegen ließen Hornsubstanz bildende Zellen von Goldfischschuppen in ein Schälchen mit Nährlösung wandern. Mit einem eigens entwickelten Mikroskopsystem verfolgten sie dann 24 Stunden lang, wie die Keratozyten durch das Schälchen wanderten: Bei Zelldichten unter 500 Zellen pro Quadratmillimeter bewegten sich die einzelnen Zellen scheinbar unabhängig voneinander. Mit steigender Dichte tauchten dann geordnet marschierende Zelltrupps auf, bis sich schließlich die gesamte Zellkultur wie ein einziger Schwarm bewegte.

Auf Basis einer einzigen Annahme konnten die Forscher dieses Verhalten nachbilden. Ihr Modell geht davon aus, dass die Zellen einen gewissen Abstand zueinander einhalten wollen: Sind sie einander zu nahe, wirken sie abstoßend aufeinander, sind sie dagegen zu weit auseinander, suchen sie den Abstand zu verkürzen. Diese Anziehung verschwindet allerdings, wenn der Abstand zu groß ist. Im Modell der Forscher ändert jede Zelle ihre Bewegungsrichtung laufend in Richtung der insgesamt auf sie wirkenden „Kraft“. Ohne weiteres Zutun ergibt sich daraus das von der Zelldichte abhängige Schwärmen.

Forschung: Bálint Szabó und Tamás Vicsek, Department of Biological Physics und Biological Physics Research Group of the Hungarian Academy of Sciences, Eötvös University, Budapest; und andere

Zur Veröffentlichung akzeptiert von Physical Review E; Preprint q-bio.CB/0611045

WWW:
Biological Physics, Eötvös University
Homepage Bálint Szabó
Was gibt Zellen den Anstoß zum Wandern?
Wandernde Fisch-Keratozyten (Quicktime)
Swarm Music, Tim Blackwell

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