В двустворчатых моллюсках видят будущее робототехники
 |
07.05.2025
Источник: fishnews.ru
Понимание механизма запирательного тонуса мышц двустворчатых моллюсков позволит создавать принципиально новые энергоэффективные машины, отмечают морские биологи. Результаты обзорного исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. |
«Наши исследования показывают, что возможность реконструкции полнофункциональной модели запирательной мышцы, которая полностью контролируемо и обратимо переключается из одного состояния в другое, фактически может послужить инструкцией к созданию энергоэффективных синтетических мышц», — подчеркнул автор проекта, научный сотрудник лаборатории биофизики клетки Национального научного центра морской биологии имени А.В. Жирмунского ДВО РАН кандидат биологических наук Илья Вятчин.
Мышцы двустворчатых моллюсков обладают уникальным преимуществом, которое отличает их от современных биологических актуаторов (при́водов), отмечают специалисты. Биоробототехника как направление пока находится все еще в зародышевом состоянии. Исследованию сократительного состояния, свойственного мышцам моллюсков, — запирательного тонуса (catch), посвящено десятки научных работ. За более чем столетний период ученые всего мира выдвинули множество гипотез о формировании запирательного тонуса, однако до сих пор не определен конкретный механизм, ответственный за это состояние.
В состоянии запирательного тонуса замыкатели створок двустворчатых моллюсков (они же запирательные мышцы) способны продолжительное время поддерживать развитое усилие практически без затрат энергии.
А вот расход энергии скелетными мышцами и скорость, с которой они устают, очень высоки. Это легко проверить, если ненадолго остановиться и принять статичную позу, например поднять руку вверх.
Способность запирательной мышцы сохранять развитое усилие сближает ее с классическими рукотворными механизмами, которые в состоянии покоя практически не потребляют энергию. Выяснение механизма, лежащего в основе запирательного тонуса, повлияет на восприятие биологической подвижности в целом, рассказали Fishnews в пресс-службе Российской академии наук со ссылкой на ННЦМБ.
На текущем этапе развития технологий специалисты выделяют два возможных подхода к реализации биооснованных актуаторов. Первый — путь использования целой запирательной мышцы, помещенной в питательную среду, и сочлененной с основой для передачи механического усилия. Второй — использование экстрагированных гладкомышечных клеток, внедренных в субстрат и применяемых аналогично цельной мышце.
Научный коллектив лаборатории вместе с новым подходом к изучению запирательного тонуса предлагает под новым углом взглянуть на применимость этих исследований на практике.
Авторы предполагают, что изучение молекулярных механизмов сократительных аппаратов позволит перенести их преимущества в актуальную биороботехнику и привести к разработке энергоэффективных машин, способных регенерировать (а значит и не изнашиваться), не уставать и легко масштабироваться от клеточного до макроуровня.
В работе ученые попытались собрать воедино всю разрозненную информацию о действии, функциях, специфических свойствах, развитии и нейрорегуляции запирательных мышц моллюсков. Авторы изучили как молекулярное устройство сократительного аппарата запирательных мышц, так и свойства отдельных белков, его формирующих.
Запирательная мышца моллюска гладкая и по своему строению мало отличается от других гладких мышц, а сократительный аппарат имеет те же базовые структуры, что и все известные науке мышцы, — тонкие и толстые нити. Этот факт позволяет экстраполировать предложенные в работе подходы и на другие типы мышц, отметили в ННЦМБ.
В процессе исследования специалисты переосмыслили фундаментальные данные об отдельных белках и об устройстве сократительного аппарата запирательных мышц.