मलेरिया परजीवी – हेलिकल मार्ग सूक्ष्म क्षेत्रात सर्वत्र आहेत. बरेच जीवाणू आणि परजीवी सरळ रेषेत पोहत नाहीत किंवा सरकत नाहीत.

तीन आयामांमध्ये, ते त्यांच्या सभोवतालच्या परिसरात कॉर्कस्क्रूसारखे ट्रॅक शोधतात. मलेरियाचे परजीवी, उदाहरणार्थ, मऊ 3D जेलमधून आणि चावलेल्या यजमानाच्या त्वचेत, पसरलेल्या झऱ्यांसारख्या वाटांवर सरकतात. अशा कोणत्याही जीवासाठी, मुख्य आव्हान म्हणजे आवाज.

त्यांच्या वातावरणातील ऊर्जेचा यादृच्छिक स्फोट आणि त्यांच्या स्वत: च्या शक्ती निर्माण करणाऱ्या यंत्रांमधील चढ-उतार सतत ते वळवण्याचा प्रयत्न करतात. एस्चेरिचिया कोलाय बॅक्टेरियावरील उत्कृष्ट कार्याने असे दिसून आले आहे की एक जीवाणू घूर्णन प्रसारामुळे एक सेकंदात त्याचे अभिमुखता गमावू शकतो, i. e

आजूबाजूच्या रेणूंशी टक्कर जे हळूहळू तरीही निश्चितपणे त्याची दिशा यादृच्छिक करतात. तरीही मलेरियाचे परजीवी आणि इतर तत्सम सूक्ष्मजीव जर त्यांना पोषक आणि – परजीवीच्या बाबतीत – रक्तवाहिनी शोधायचे असेल तर त्यांनी अंदाजे दहा सेकंद किंवा त्याहून अधिक काळ ट्रॅकवर रहावे.

ट्विस्ट करा पूर्वीच्या भौतिक मॉडेल्समध्ये सामान्यत: अशा सूक्ष्मजीवांचे वर्णन स्व-चालित ‘मणी’ यादृच्छिक आवाजाने फुगलेले असे केले जाते. हे मॉडेल बहुतेक द्विमितीय होते; काहीवेळा त्यांनी मणीभोवती वर्तुळ बनवण्यासाठी एक साधा, सतत टॉर्क जोडला.

तथापि त्यांनी मेमरी असलेल्या आवाजाच्या उपस्थितीत 3D हेलिकल मोशनचा पूर्णपणे उपचार केला नाही, ज्याचे वर्तमान मूल्य त्याच्या अलीकडील भूतकाळावर अवलंबून असते. त्याच वेळी, मलेरियाच्या परजीवींवर भूमिती-आधारित कार्याने दर्शविले होते की त्यांचा वक्र, रॉडसारखा आकार आणि लवचिकता त्यांना रक्तवाहिन्यांसारख्या अडथळ्यांमधून आणि संरचनांभोवती वळण घालण्यास कशी मदत करते, परंतु ते त्या मार्गाने कसे हलवू शकतात याचे तपशीलवार वर्णन न करता. हेडलबर्ग युनिव्हर्सिटीच्या संशोधकांनी केलेल्या नवीन अभ्यासाने ही तफावत भरून काढली असावी.

त्यांनी कृत्रिम हायड्रोजेल्समधून मलेरियाचे परजीवी सरकताना पाहिले आणि नंतर मॉडेल वापरून त्यांचे मार्ग पुन्हा तयार केले, 24 नोव्हेंबर रोजी निसर्ग भौतिकशास्त्रात त्यांचे निष्कर्ष प्रकाशित केले. “आमच्या नवीन तपासणीवरून असे दिसून आले आहे की मलेरियाचे परजीवी 3D वातावरणात जवळजवळ केवळ उजव्या हाताच्या हेलिकेसवर फिरतात,” उलरिच श्वार्झ आणि कॉम्प्लेक्स कॉलेक्स कॉम्प्लेक्सचे ग्रुप ऑफ बायोसॉइज अभ्यास. इन्स्टिट्यूट फॉर थिओरेटिकल फिजिक्स, हेडलबर्ग युनिव्हर्सिटीने एका प्रकाशनात म्हटले आहे. डेटावरून, टीमला दोन वेळेच्या स्केलमध्ये बदल होत असल्याचे आढळले: एक सुमारे 20 सेकंद आणि दुसरा सुमारे 100 सेकंद.

20s एका हेलिकल वळणाच्या कालावधीशी जुळले आणि त्या काळात परजीवीची अंतर्गत ड्राइव्ह साधारणपणे त्याच प्रकारे पुढे ढकलत राहिली. 100 s म्हणजे हेलिक्सचा अक्ष किती काळ एका दिशेने निर्देशित करत आहे.

जेव्हा लूपी चांगले असते तेव्हा मानवी त्वचेमध्ये टोचलेल्या मलेरिया स्पोरोझोइट्सना यकृताकडे नेणारी केशिका शोधण्यासाठी शेकडो मायक्रोमीटर व्यापावे लागतात. जुन्या भौमितिक मॉडेल्सनी आधीच सूचित केले होते की परजीवी ज्या नैसर्गिक अंतरावर वळण घेते ते लहान रक्तवाहिन्यांच्या त्रिज्याशी अंदाजे जुळते, ज्यामुळे त्यांच्याभोवती वळण घेणे सोपे होते.

नवीन कामामुळे या चित्रात एक पूरक प्रश्न जोडला गेला आहे: परजीवीच्या अंतर्गत यंत्रणेचे गोंगाट करणारे स्वरूप पाहता, हेलिकल मार्गाचा अवलंब केल्याने त्याला त्याच वेगाने फिरणाऱ्या नॉन-लूपिंग सूक्ष्मजीवापेक्षा जास्त प्रवास करण्यास मदत होऊ शकते का? अभ्यास संघाने chiral सक्रिय कणाचे 3D गणितीय मॉडेल तयार केले, म्हणजे एक मणी जो हलताना निश्चित अर्थाने फिरतो. कणाचा स्वतःच्या संदर्भाच्या चौकटीत सतत पुढे जाण्याचा वेग आणि एक कोनीय वेग होता ज्यामुळे आवाज नसतानाही तो एक परिपूर्ण हेलिक्स शोधू शकेल. संघाने रोटेशनल नॉइज कसे हाताळले यात कामाची नवीनता आहे.

पांढरा आवाज जोडण्याऐवजी, लेखकांनी ऑर्नस्टीन-उहलेनबेक (OU) प्रक्रियेसह कोनीय वेगाचे वर्णन केले. येथे, विशिष्ट विश्रांतीच्या वेळेसह पसंतीच्या मूल्याकडे आवाज ‘मागे खेचला’ जातो.

यामुळे ‘रंगीत आवाज’ निर्माण झाला, i. e केवळ पांढरा आवाजच नाही तर परजीवीच्या शरीरात हळूहळू बदलणाऱ्या अंतर्गत प्रक्रियांची नक्कल करणारा, अंशतः अंदाज करता येणारा आवाज.

या मॉडेलचे मण्यांची सरासरी स्थिती आणि त्याचे विस्थापन हे हायड्रोजेलमधून फिरणाऱ्या परजीवींच्या अंदाजांशी जुळते. त्रिज्या आणि खेळपट्टी महत्त्वाची गोष्ट म्हणजे, लेखकांना आढळले की 3D जागेत आणि आवाजाच्या वाजवी पातळीसाठी, हेलिकल मार्गावर फिरणारा मणी त्याच वेगाने सरळ प्रवास करणाऱ्या मणीपेक्षा जास्त अंतरावर जाऊ शकतो. म्हणजेच, पुरेसा वेळ दिल्यास, सूक्ष्मजीव त्याच्या उत्पत्तीपासून किती दूर पसरले या दृष्टीने हेलिक्स “सरळ रेषेपेक्षा सरळ” असू शकते.

हे वर्तन मागील अनेक मॉडेल्सच्या अंदाजापेक्षा वेगळे होते. नवीन मॉडेलच्या सर्वोत्तम-फिट पॅरामीटर्समध्ये सुमारे 13 मायक्रोमीटर आणि सुमारे 3 मायक्रोमीटर त्रिज्या असलेल्या पिचसह (हेलिक्सच्या दोन सलग वळणांमधील अंतर) हेलिकल पथ देखील सूचित केले गेले. या परजीवींसाठी पूर्वी नोंदवलेल्या श्रेणींमध्ये दोन्ही मूल्ये चांगली पडली.

या पॅरामीटर्सचा वापर करून नक्कल केलेल्या पथांचे आकार देखील लेखकांनी मोजलेल्या आकारांसारखे होते. एकत्रितपणे पाहिल्यास, परिणाम सूचित करतात की हेलिकल मोशन ही केवळ एक भौमितिक विचित्रता नाही तर मलेरिया परजीवी सारख्या सूक्ष्मजीवांसाठी गोंगाटाच्या ठिकाणी कार्यक्षमतेने प्रवास करण्यासाठी एक मजबूत धोरण आहे.

परजीवीसाठी ज्याचे अंतर्गत ‘इंजिन’ त्याच्या वळणाप्रमाणेच वेळेच्या प्रमाणात चढ-उतार होते, त्याचा फिरणारा मार्ग देखील त्या चढउतारांची सरासरी काढू शकतो आणि गतीची एकूण दिशा अधिक स्थिर ठेवू शकतो. हा निष्कर्ष शुक्राणू पेशी आणि एकपेशीय वनस्पतींवरील पूर्वीच्या कामाशी सुसंगत आहे, जेथे संशोधकांना आढळले होते की हेलिकल पोहणे वक्रता आणि टॉर्शनमध्ये जोरदार आवाज असूनही, रासायनिक ग्रेडियंट्सच्या उपस्थितीत पेशी विश्वसनीयपणे हलवू शकतात.

निष्कर्ष मलेरिया परजीवींच्या भौमितिक मॉडेल्सला पूरक देखील असू शकतो ज्याने त्यांच्या नैसर्गिक वक्रता आणि लवचिकतेच्या महत्त्वावर जोर दिला आहे ज्यामुळे त्यांना तुलनात्मक त्रिज्येच्या रक्तवाहिन्यांना चिकटून राहण्यास मदत होते. आजूबाजूला काय होते… डास चावल्यानंतर, संसर्ग यशस्वी होण्यासाठी स्पोरोझोइट्सच्या फक्त एक लहान अंशाला केशिका पोहोचणे आवश्यक आहे. आणि उत्क्रांतीने दिशा गमावण्यापूर्वी प्रत्येक परजीवी अधिक जमीन व्यापेल याची खात्री करण्याचा सर्वोत्तम मार्ग शोधला आहे, अचूक नियंत्रणाची आवश्यकता न ठेवता, ‘रंगीत आवाज’ सह हेलिकल गती असणे.

“आम्हाला शंका आहे की उत्क्रांती दरम्यान रोगजनकांना यजमान शरीरातील वेगवेगळ्या टिश्यू कंपार्टमेंट्समध्ये त्वरीत आणि नेहमी त्याच प्रकारे स्विच करण्यास अनुमती देण्यासाठी ही चिरॅलिटी विकसित झाली आहे,” अभ्यासाचे सहलेखक आणि हेडलबर्ग युनिव्हर्सिटीचे इंटिग्रेटिव्ह पॅरासिटोलॉजीचे प्रोफेसर फ्रेडरिक फ्रिसक्नेच यांनी एका प्रकाशनात म्हटले आहे. मलेरियाच्या पलीकडे, हे मॉडेल इतर सूक्ष्म जलतरणपटूंना लागू होऊ शकते जसे की विशिष्ट शैवाल आणि वसाहती चोआनोफ्लेजेलेट, ज्यांचे हेलिकल मार्ग आणि गोंगाटयुक्त प्रणोदन शास्त्रज्ञांनी आधीच दस्तऐवजीकरण केले आहे.

लेखकांनी सुचवले की हे मॉडेल कृत्रिम सूक्ष्म- आणि औषधातील नॅनोबॉट्ससाठी डिझाइन देखील प्रेरित करू शकते: नियंत्रित रोटेशनल घटक आणि योग्य अंतर्गत वेळ स्केल अभियांत्रिकी करून, अभियंते लहान उपकरणे तयार करू शकतात जे सरळ रेषेत हलवण्यापेक्षा जटिल ऊतींवर अधिक प्रभावीपणे नेव्हिगेट करू शकतात. नवीन अभ्यासामागील त्याच टीमच्या काही सदस्यांनी केलेल्या 2014 च्या अभ्यासात स्पोरोझोइट्सना अडथळ्यांशी संवाद साधणाऱ्या लवचिक रॉड्ससारखे मानले गेले. त्यानंतरच्या मॉडेल्सने स्पोरोझोइट्सचा आकार विशिष्ट पृष्ठभागांवर सरकण्याच्या क्षमतेसह जोडला.

नवीन मॉडेलने गहाळ घटक जोडला आहे असे दिसते: अंतर्गत ‘रंगीत आवाज’. पुढे काय? लेखकांनी त्यांच्या शोधनिबंधाचा निष्कर्ष सांगितला की त्यांना अंतर्गत चढउतारांच्या वेळेस जीव कसे हलतात याच्याशी जोडायचे आहे आणि नंतर ते कुठे राहतात आणि उत्क्रांतीने त्यांना कसे सन्मानित केले आहे हे समजून घ्या.