మలేరియా పరాన్నజీవులు – మైక్రోస్కోపిక్ రాజ్యంలో హెలికల్ మార్గాలు ప్రతిచోటా ఉన్నాయి. చాలా బాక్టీరియా మరియు పరాన్నజీవులు సరళ రేఖల్లో ఈత కొట్టవు లేదా జారిపోవు.

మూడు కోణాలలో, వారు తమ పరిసరాల ద్వారా కార్క్‌స్క్రూ లాంటి ట్రాక్‌లను కనుగొంటారు. మలేరియా పరాన్నజీవులు, ఉదాహరణకు, మృదువైన 3D జెల్‌ల ద్వారా మరియు కరిచిన అతిధేయ చర్మంలో, విస్తరించిన స్ప్రింగ్‌ల వలె కనిపించే మార్గాల్లో జారిపోతాయి. అటువంటి జీవికి, ప్రధాన సవాలు శబ్దం.

వారి పర్యావరణం నుండి శక్తి యొక్క యాదృచ్ఛిక విస్ఫోటనాలు మరియు వారి స్వంత శక్తిని ఉత్పత్తి చేసే యంత్రాలలో హెచ్చుతగ్గులు నిరంతరం దానిని మలుపు తిప్పడానికి ప్రయత్నిస్తాయి. Escherichia coli బాక్టీరియాపై క్లాసిక్ పని చూపింది, భ్రమణ వ్యాప్తి కారణంగా ఒక బాక్టీరియం ఒక సెకనులోపు దాని విన్యాసాన్ని కోల్పోవచ్చు, అనగా. ఇ.

చుట్టుపక్కల ఉన్న అణువులతో ఘర్షణలు నెమ్మదిగా ఇంకా ఖచ్చితంగా దాని దిశను యాదృచ్ఛికంగా మారుస్తాయి. ఇంకా మలేరియా పరాన్నజీవులు మరియు ఇతర సారూప్య సూక్ష్మజీవులు పోషకాలను మరియు – పరాన్నజీవి విషయంలో – రక్తనాళాన్ని కనుగొనాలంటే పది సెకన్లు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ కాలం పాటు ట్రాక్‌లో ఉండాలి.

ట్విస్ట్ చేయండి మునుపటి భౌతిక నమూనాలు సాధారణంగా ఇటువంటి సూక్ష్మజీవులను యాదృచ్ఛిక శబ్దం ద్వారా బఫెట్ చేయబడిన స్వీయ-చోదక ‘పూసలు’గా వర్ణించాయి. ఈ నమూనాలు ఎక్కువగా రెండు-డైమెన్షనల్; కొన్నిసార్లు వారు పూసల చుట్టూ వృత్తం చేయడానికి సరళమైన, స్థిరమైన టార్క్‌ను జోడించారు.

అయినప్పటికీ వారు మెమరీని కలిగి ఉన్న శబ్దం సమక్షంలో 3D హెలికల్ మోషన్‌ను పూర్తిగా పరిగణించలేదు, అంటే శబ్దం యొక్క ప్రస్తుత విలువ దాని ఇటీవలి గతంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. అదే సమయంలో, మలేరియా పరాన్నజీవులపై జ్యామితి-ఆధారిత పని వాటి వంపు, రాడ్-వంటి ఆకారం మరియు వశ్యత రక్త నాళాల వంటి అడ్డంకులు మరియు నిర్మాణాల చుట్టూ ఎలా లూప్ చేయడంలో వారికి ఎలా సహాయపడిందో చూపించింది, అయితే అవి ఎలా కదలగలవో వివరంగా వివరించలేదు. హైడెల్‌బర్గ్ విశ్వవిద్యాలయ పరిశోధకుల కొత్త అధ్యయనం ఈ అంతరాన్ని తగ్గించి ఉండవచ్చు.

సింథటిక్ హైడ్రోజెల్స్ ద్వారా మలేరియా పరాన్నజీవులు గ్లైడింగ్ చేయడాన్ని వారు గమనించారు మరియు ఒక నమూనాను ఉపయోగించి వాటి మార్గాలను పునర్నిర్మించారు, నవంబర్ 24న నేచర్ ఫిజిక్స్‌లో తమ పరిశోధనలను ప్రచురించారు. “మా కొత్త పరిశోధనలు మలేరియా పరాన్నజీవులు 3D పరిసరాలలో దాదాపుగా కుడిచేతి హెలిక్స్‌పై కదులుతాయని చూపిస్తున్నాయి,” Ulrich Schwarz and Study of Biystemos Group. ఇన్స్టిట్యూట్ ఫర్ థియరిటికల్ ఫిజిక్స్, హైడెల్బర్గ్ విశ్వవిద్యాలయం ఒక ప్రకటనలో తెలిపింది. డేటా నుండి, బృందం రెండు సమయ ప్రమాణాలలో మార్పులు జరుగుతున్నట్లు కనుగొంది: ఒకటి దాదాపు 20 సె మరియు మరొకటి 100 సె.

20 సెకన్లు ఒక హెలికల్ టర్న్ వ్యవధితో సరిపోలాయి మరియు ఆ సమయంలో పరాన్నజీవి యొక్క అంతర్గత డ్రైవ్ ఇంచుమించు అదే విధంగా ముందుకు సాగుతుంది. హెలిక్స్ యొక్క అక్షం ఒక దిశలో ఎంతకాలం కొనసాగింది అనేది 100 సె.

లూపీ మెరుగ్గా ఉన్నప్పుడు మానవ చర్మంలోకి ఇంజెక్ట్ చేయబడిన మలేరియా స్పోరోజోయిట్‌లు వాటిని కాలేయానికి దారితీసే కేశనాళికను కనుగొనడానికి వందల మైక్రోమీటర్‌లను కవర్ చేయాలి. పాత రేఖాగణిత నమూనాలు పరాన్నజీవి మలుపు తిరిగే సహజ దూరం చిన్న రక్తనాళాల వ్యాసార్థంతో సరిపోతుందని, వాటి చుట్టూ లూప్ చేయడాన్ని సులభతరం చేస్తుందని ఇప్పటికే సూచించాయి.

కొత్త పని ఈ చిత్రానికి పరిపూరకరమైన ప్రశ్నను జోడించింది: పరాన్నజీవి యొక్క అంతర్గత మెకానిజం యొక్క ధ్వనించే స్వభావాన్ని బట్టి, హెలికల్ మార్గాన్ని అనుసరించడం వాస్తవానికి అదే వేగంతో కదులుతున్న నాన్-లూపింగ్ సూక్ష్మజీవుల కంటే ఎక్కువ దూరం ప్రయాణించడంలో సహాయపడుతుందా? అధ్యయన బృందం చిరల్ యాక్టివ్ పార్టికల్ యొక్క 3D గణిత నమూనాను నిర్మించింది, అంటే పూస కదులుతున్నప్పుడు స్థిరమైన అర్థంలో చుట్టూ తిప్పుతుంది. కణం దాని స్వంత ఫ్రేమ్ ఆఫ్ రిఫరెన్స్‌లో స్థిరమైన ఫార్వర్డ్ స్పీడ్‌ను కలిగి ఉంటుంది మరియు కోణీయ వేగాన్ని కలిగి ఉంటుంది, ఇది శబ్దం లేనప్పుడు, అది ఖచ్చితమైన హెలిక్స్‌ను గుర్తించేలా చేస్తుంది. పని యొక్క కొత్తదనం బృందం భ్రమణ శబ్దాన్ని ఎలా పరిగణించింది.

తెలుపు శబ్దాన్ని జోడించడానికి బదులుగా, రచయితలు ఓర్న్‌స్టెయిన్-ఉహ్లెన్‌బెక్ (OU) ప్రక్రియతో కోణీయ వేగాన్ని వివరించారు. ఇక్కడ, శబ్దం నిర్దిష్ట సడలింపు సమయంతో ప్రాధాన్య విలువ వైపు ‘వెనక్కి లాగబడుతుంది’.

ఇది ‘రంగు శబ్దం’ను ఉత్పత్తి చేసింది, i. ఇ. కేవలం తెల్లని శబ్దం మాత్రమే కాకుండా పాక్షికంగా ఊహించదగిన శబ్దం, పరాన్నజీవి శరీరంలోని నెమ్మదిగా మారుతున్న అంతర్గత ప్రక్రియలను అనుకరిస్తుంది.

పూస యొక్క సగటు స్థానం మరియు దాని స్థానభ్రంశం గురించి ఈ మోడల్ అంచనాలు హైడ్రోజెల్ ద్వారా కదులుతున్న పరాన్నజీవుల అంచనాలతో సరిపోలాయి. వ్యాసార్థం మరియు పిచ్ ముఖ్యమైనది, 3D స్థలంలో మరియు సహేతుకమైన శబ్దం కోసం, హెలికల్ మార్గంలో కదిలే పూస అదే వేగంతో నేరుగా ప్రయాణించే పూస కంటే ఎక్కువ సమయం పాటు ఎక్కువ దూరం కదులుతుందని రచయితలు కనుగొన్నారు. అంటే, తగినంత సమయం ఇచ్చినట్లయితే, సూక్ష్మజీవి దాని మూలం నుండి ఎంతవరకు వ్యాపించింది అనే విషయంలో హెలిక్స్ “సరళ రేఖ కంటే నేరుగా” ఉంటుంది.

ఈ ప్రవర్తన అనేక మునుపటి నమూనాలు ఊహించిన దాని నుండి భిన్నంగా ఉంది. కొత్త మోడల్ యొక్క ఉత్తమ-సరిపోయే పారామితులు దాదాపు 13 మైక్రోమీటర్లు మరియు 3 మైక్రోమీటర్ల వ్యాసార్థంతో పిచ్ (హెలిక్స్ యొక్క రెండు వరుస మలుపుల మధ్య దూరం)తో హెలికల్ మార్గాలను కూడా సూచిస్తాయి. ఈ పరాన్నజీవుల కోసం గతంలో నివేదించబడిన పరిధులలో రెండు విలువలు బాగా పడిపోయాయి.

ఈ పారామితులను ఉపయోగించి అనుకరణ చేయబడిన మార్గాల ఆకారాలు కూడా రచయితలు వాస్తవానికి కొలిచిన వాటిని పోలి ఉంటాయి. కలిసి చూస్తే, ఫలితాలు హెలికల్ మోషన్ కేవలం రేఖాగణిత చమత్కారమే కాదు, మలేరియా పరాన్నజీవి వంటి సూక్ష్మజీవులకు ధ్వనించే ప్రదేశాలలో సమర్థవంతంగా ప్రయాణించడానికి బలమైన వ్యూహం అని సూచిస్తున్నాయి.

అంతర్గత ‘ఇంజిన్’ దాని మలుపులు అదే సమయ స్కేల్‌లో హెచ్చుతగ్గులకు లోనైన పరాన్నజీవికి, దాని తిరిగే మార్గం కూడా ఆ హెచ్చుతగ్గులను సగటున అంచనా వేయగలదు మరియు కదలిక యొక్క మొత్తం దిశను మరింత స్థిరంగా ఉంచుతుంది. ఈ ముగింపు స్పెర్మ్ కణాలు మరియు ఆల్గేలపై మునుపటి పనితో సరిపోతుంది, ఇక్కడ పరిశోధకులు హెలికల్ స్విమ్మింగ్‌ను కనుగొన్నారు, వక్రత మరియు టోర్షన్‌లో బలమైన శబ్దం ఉన్నప్పటికీ, రసాయన ప్రవణతల సమక్షంలో కణాలు విశ్వసనీయంగా కదలడానికి సహాయపడతాయి.

ఈ ముగింపు మలేరియా పరాన్నజీవుల రేఖాగణిత నమూనాలను కూడా పూర్తి చేయవచ్చు, అవి వాటి సహజ వక్రత మరియు పోల్చదగిన వ్యాసార్థం యొక్క రక్త నాళాలకు అతుక్కోవడంలో సహాయపడే వశ్యత యొక్క ప్రాముఖ్యతను నొక్కిచెప్పాయి. ఏమి జరుగుతుందో… దోమ కాటు తర్వాత, ఇన్ఫెక్షన్ విజయవంతం కావడానికి స్పోరోజోయిట్‌లలో ఒక చిన్న భాగం మాత్రమే కేశనాళికను చేరుకోవాలి. మరియు ఖచ్చితమైన నియంత్రణ అవసరం లేకుండా, ప్రతి పరాన్నజీవి దిశను కోల్పోయే ముందు మరింత భూమిని కప్పి ఉంచడానికి ఉత్తమమైన మార్గాన్ని పరిణామం గుర్తించినట్లు కనిపిస్తోంది, ‘రంగు శబ్దం’తో హెలికల్ కదలికను కలిగి ఉంటుంది.

“ఆతిథ్య శరీరంలోని వివిధ కణజాల కంపార్ట్‌మెంట్ల మధ్య వ్యాధికారక త్వరగా మరియు ఎల్లప్పుడూ ఒకే విధంగా మారడానికి పరిణామ సమయంలో ఈ చిరాలిటీ అభివృద్ధి చెందిందని మేము అనుమానిస్తున్నాము” అని అధ్యయన సహకారి మరియు హైడెల్‌బర్గ్ విశ్వవిద్యాలయ ఇంటిగ్రేటివ్ పారాసిటాలజీ ప్రొఫెసర్ ఫ్రెడరిక్ ఫ్రిష్‌క్‌నెచ్ట్ ఒక ప్రకటనలో తెలిపారు. మలేరియాకు మించి, ఈ మోడల్ నిర్దిష్ట ఆల్గే మరియు కలోనియల్ కోనోఫ్లాగెల్లేట్‌ల వంటి ఇతర మైక్రోస్కోపిక్ స్విమ్మర్‌లకు వర్తిస్తుంది, దీని హెలికల్ మార్గాలు మరియు ధ్వనించే ప్రొపల్షన్ శాస్త్రవేత్తలు ఇప్పటికే డాక్యుమెంట్ చేసారు.

వైద్యంలో కృత్రిమ సూక్ష్మ మరియు నానోబోట్‌ల కోసం డిజైన్‌లను కూడా ప్రేరేపించగలదని రచయితలు సూచించారు: నియంత్రిత భ్రమణ భాగం మరియు తగిన అంతర్గత సమయ ప్రమాణాలను ఇంజనీరింగ్ చేయడం ద్వారా, ఇంజనీర్లు సంక్లిష్ట కణజాలాలను సరళ రేఖలో కదలకుండా మరింత ప్రభావవంతంగా నావిగేట్ చేసే చిన్న పరికరాలను రూపొందించవచ్చు. కొత్త అధ్యయనం వెనుక అదే బృందంలోని కొంతమంది సభ్యులు చేసిన 2014 అధ్యయనం, స్పోరోజోయిట్‌లను అడ్డంకులతో పరస్పర చర్య చేసే సౌకర్యవంతమైన రాడ్‌లుగా పరిగణించింది. తదుపరి నమూనాలు స్పోరోజోయిట్‌ల ఆకారాన్ని నిర్దిష్ట ఉపరితలాలపై జారిపోయే సామర్థ్యంతో అనుసంధానించాయి.

కొత్త మోడల్ తప్పిపోయిన పదార్ధాన్ని జోడించినట్లు కనిపిస్తోంది: అంతర్గత ‘రంగు శబ్దం’. తదుపరి ఏమిటి? జీవులు ఎలా కదులుతున్నాయో అంతర్గత హెచ్చుతగ్గుల సమయాన్ని కనెక్ట్ చేయాలనుకుంటున్నారని రచయితలు తమ పేపర్‌ను ముగించారు, ఆపై ఆ కనెక్షన్‌లు వారు ఎక్కడ నివసిస్తున్నారు మరియు పరిణామం వాటిని ఎలా మెరుగుపరిచిందో అర్థం చేసుకోండి.