„Es war ziemlich erstaunlich, wie gut die experimentellen Daten und die numerische Simulation zusammenpassten“, sagte Eckert. Tatsächlich stimmte es so gut überein, dass Carenzas erste Antwort war, dass es falsch sein müsse. Das Team machte sich scherzhaft Sorgen, dass ein Peer-Reviewer glauben könnte, sie hätten betrogen. „Es war wirklich so schön“, sagte Carenza.
Die Beobachtungen beantworten eine „seit langem bestehende Frage nach der Art der in Geweben vorhandenen Ordnung“, sagte er Joshua Shaevitz, ein Physiker an der Princeton University, der die Arbeit überprüfte (und nicht glaubte, dass sie betrogen hatten). Die Wissenschaft werde oft „undurchsichtig“, sagte er, wenn Daten auf scheinbar widersprüchliche Wahrheiten hinweisen – in diesem Fall die verschachtelten Symmetrien. „Dann weist jemand darauf hin oder zeigt, dass diese Dinge nicht so deutlich sind. Sie haben beide recht.“
Form, Kraft und Funktion
Die genaue Definition der Symmetrie eines Flüssigkristalls ist nicht nur eine mathematische Übung. Abhängig von seiner Symmetrie sieht der Spannungstensor eines Kristalls – eine Matrix, die erfasst, wie sich ein Material unter Spannung verformt – anders aus. Dieser Tensor ist die mathematische Verbindung zu den Fluiddynamikgleichungen, die Giomi verwenden wollte, um physikalische Kräfte und biologische Funktionen zu verbinden.
Die Anwendung der Physik von Flüssigkristallen auf Gewebe sei ein neuer Weg, die chaotische, komplizierte Welt der Biologie zu verstehen, sagte Hirst.
Die genauen Auswirkungen des Übergangs von der hexatischen zur nematischen Ordnung sind noch nicht klar, aber das Team vermutet, dass Zellen einen gewissen Grad an Kontrolle über diesen Übergang ausüben könnten. Es gibt sogar Beweis dass die Entstehung der nematischen Ordnung etwas mit der Zelladhäsion zu tun hat, sagten sie. Herauszufinden, wie und warum Gewebe diese beiden ineinander verschlungenen Symmetrien aufweisen, ist ein Projekt für die Zukunft – obwohl Giomi bereits daran arbeitet, die Ergebnisse zu nutzen, um zu verstehen, wie Krebszellen bei der Metastasierung durch den Körper fließen. Und Shaevitz stellte fest, dass die mehrskalige Flüssigkristallinität eines Gewebes mit der Embryogenese zusammenhängen könnte – dem Prozess, durch den Embryonen sich zu Organismen formen.
Wenn es in der Gewebebiophysik eine zentrale Idee gibt, so Giomi, dann die, dass Struktur Kräfte und Kräfte Funktionen hervorrufen. Mit anderen Worten: Die Kontrolle der Multiskalensymmetrie könnte dazu beitragen, dass Gewebe mehr ergeben als die Summe ihrer Zellen.
Es gibt „ein Dreieck aus Form, Kraft und Funktion“, sagte Giomi. „Zellen nutzen ihre Form, um Kräfte zu regulieren, und diese wiederum dienen als treibende Kraft der mechanischen Funktionalität.“
Originelle Geschichte Nachdruck mit Genehmigung von Quanta-Magazin, eine redaktionell unabhängige Veröffentlichung der Simons-Stiftung Deren Aufgabe ist es, das öffentliche Verständnis der Wissenschaft zu verbessern, indem sie Forschungsentwicklungen und -trends in der Mathematik sowie den Physik- und Biowissenschaften abdeckt.