Возбуждение фарадеевских волн в дождевых червях

Иван Максимов и Андрей Потоцкий, Технологический университет Суинберна (Swinburne University of Technology), Австралия, опубликовали статью "Возбуждение фарадеевских объемных волн у вибрирующих живых дождевых червей", bioRxiv 10.1101/868521, 8 декабря 2019 г.

Биологические клетки и многие живые организмы в большинстве своем состоят из жидкостей, и поэтому, по аналогии с жидкими каплями, они должны демонстрировать ряд фундаментальных нелинейных явлений, таких как возникновение стоячих поверхностных волн. Здесь мы тестируем четыре распространенных вида дождевых червей, чтобы продемонстрировать, что вертикальная вибрация живых червей, лежащих горизонтально на плоской твердой поверхности, приводит к возникновению субгармонических объемных волн типа Фарадея, что возможно, потому что дождевые черви имеют гидростатический скелет с гибкой кожей и полость тела, заполненная жидкостью.

Протестировали четыре разных вида дождевых червей. Eisenia fetida приобретены в магазине товаров для плавания, Lumbricus terrestris и Aporrectodea caliginosa собраны в поле, Lumbricus rubellus получены от местного поставщика компостных червей.

Червя помещали на тонкую пластину из теона, которая вертикально колебалась с частотой гармоники f. Колебания регистрировались с помощью собственной лазерной виброметрической установки, состоящей из красного лазерного диода (Besram Technology, Китай, длина волны 650 нм, максимальная мощность 1 мВт) и фотодетектора (Adafruit, США). Интенсивность света, отраженного от червя, модулируется из-за вертикальной вибрации, а также появления параметрически возбужденных объемных волн. Сигналы записали с помощью программы Audacity и преобразовали их в Фурье с помощью программы Octave для получения частотных спектров.

Старались избежать сильных вибраций, потому что они дополнительно приводят к выбросу липкой жидкости из червя, которая может служить средой для поверхностных волн Фарадея, нежелательных для наших измерений. Обычно общая продолжительность измерений с использованием одного и того же червя составляла менее пяти минут, чтобы избежать его высыхания.

В спектре колебаний дождевого червя мы наблюдаем, что гармонические волны теряют свою устойчивость через бифуркацию удвоения периода, о чем свидетельствует появление пиков при = 20,60, 140 и 180 Гц. Существенно, что пики гармонических частот в спектре червяка шире по сравнению с соответствующими пиками в спектре пластинки теона. На зависимости критической амплитуды червяка наблюдаются колебания с двумя минимумами при 38 Гц и 43 Гц.

Способность возбуждать нелинейные субгармонические объемные волны в живом организме может быть использована для исследования и, возможно, для контроля важных биофизических процессов, таких как распространение нервных импульсов, тем самым открывая возможности для решения биологических вопросов фундаментального воздействия.

За экспериментальное определение того, что происходит с формой живого дождевого червя, когда его вибрируют с высокой частотой, Иван Максимов и Андрей Потоцкий, получили Шнобелевскую премию 2020 года по физике.

Комментарий:

Шнобелевская премия 2009 математика

Приз в области математики достался директору Резервного банка Зимбабве Гидеону Гоно, который выпустил банкноты номиналом от одного цента до 100 триллионов долларов. Таким образом, он дал людям простой способ каждый день упражняться с широким спектром цифр
подробнее

Шнобелевская премия мира 2009

Специалисты Бернского университета пытались определить, какой пивной бутылкой лучше получить по голове – пустой или полной. Пустые бутылки крепче полных, - заявили исследователи, – вместе с тем, и пустые и полные бутылки способны повредить череп человека
подробнее

Источник - пресса

Шнобель Процедура Пресса Анналы Архив Статьи Шнобелист