science >> Wetenschap >  >> Fysica

Onderzoekers bouwen een biomimetisch zacht kanon om te begrijpen hoe schimmelsporen worden verspreid

Uitwerpmechanismen van een schimmelkanon (E. muscae s. str.) en het zachtwaterkanon (elastomere buis). (a) SEM-foto van conidioforen van de schimmel E. muscae s. str. De punt van elke cel differentieert in een conidium begrensd door een septum (aangegeven in c). Schaalbalk, 20 µm. Inzet:vlieg met kenmerkende wit/gele banden van schimmelconidioforen. (b) High-speed videografie (15 000 fps) van de uitwerping van een conidium (vast blauw spoor) uit zijn conidiofoor (gestippeld grijs spoor) op de breuklijn (rood spoor) net onder het septum. Protoplasma (gestippeld wit spoor) wordt waargenomen als een kleine satellietdruppel en een tweede vloeistofdruppel die aan de conidiofoor blijft zitten. Schaalbalk, 20 µm. (c) Uitwerpmechanisme voor (linksboven, schaalbalk, 10 µm) het schimmelkanon en (rechtsboven, schaalbalk, 1 mm) het zachtwaterkanon. Onder:de spore of het projectiel (blauw) wordt losgelaten uit het kanon (grijs) met snelheid v0 wanneer de toenemende druk p de herstelkracht overwint; het schimmelkanon heeft elastische lijnkracht Fel terwijl het zachtwaterkanon contactwrijvingskracht Fms heeft. Credit: Journal of The Royal Society Interface (2019). DOI:10.1098/rsif.2019.0448

Een team van onderzoekers van de Technische Universiteit van Denemarken, de Universiteit van Kopenhagen en Wageningen University and Research hebben een klein biomimetisch 'zacht kanon' gebouwd om beter te begrijpen hoe schimmelsporen worden verspreid. In hun paper gepubliceerd in Tijdschrift van de Royal Society Interface , de groep beschrijft het bouwen van hun kleine kanon en wat ze hebben geleerd door het af te vuren.

Entomophthora muscae is een soort schimmel die overleeft door vrouwelijke huisvliegen te infecteren en over te nemen. Zodra een spore op zijn huid landt, de schimmel graaft zich in en maakt zich thuis. Naast het overnemen van de bloedsomloop, de schimmel vindt ook zijn weg naar de hersenen en begint het gedrag van de vlieg te beheersen. De schimmel overleeft door de vlieg van binnenuit op te eten, en kort voordat de vlieg sterft, het is gemaakt om te landen op een nabijgelegen hoog punt.

Daarna, de schimmel creëert stengels aan de buitenkant van de vlieg die in wezen holle buizen zijn gevuld met vloeistof en een spore. De druk in de stengels wordt tot een bepaald punt opgebouwd, en dan, precies op het juiste moment, de vloeistof met de spore wordt vrijgegeven, de lading de lucht in duwen. De onderzoekers melden dat de kanonnen afvuren wanneer een mannetje vliegt, aangetrokken tot het vrouwelijke lijk, komt in de buurt of raakt het aan. Bij het schieten, de sporen vinden hun weg naar het huidoppervlak van het mannetje, die het tijdens de paring doorgeeft aan een onwetend gezond vrouwtje. In deze nieuwe poging de onderzoekers probeerden meer te weten te komen over het kanonmechanisme. Daartoe, ze bouwden er zelf hun eigen kleine versie van en testten vervolgens hoe het reageerde.

Het team bouwde hun kanon uit een rubberachtig polymeer met een plug aan het ene uiteinde. Bij het vullen vanaf de andere kant, ze waren in staat om de druk in de buis te verhogen. Het team testte hun biomimetische kanon door het af te vuren met ladingen van verschillende afmetingen bij verschillende hoeveelheden druk. Ze melden dat hun kleine kanon in staat was om ladingen af ​​​​te vuren met een snelheid tot 10 meter per seconde. Ze ontdekten ook dat de uitwerpsnelheid afnam naarmate het kanon groter werd, en dat de optimale sporengrootte ongeveer 10 micrometer was - dicht bij de grootte van de natuurlijke sporen - en klein genoeg om met een zacht briesje te reizen.

© 2019 Wetenschap X Netwerk