Primitieve cel lijkt op een pinda, zegt de wiskunde /1 reactie

Fluorescentie

De pindavorm ontstond in het celmodel van Idema en Semrau door de wisselwerking van de stijfheid van het membraan en de lijnspanning tussen het vlotdomein en zijn omgeving. De stijfheid van het membraan wordt onder meer bepaald door de temperatuur van het medium waarin de cel zich bevindt, en ook door de samenstelling van het membraan. De lijnspanning is de kracht die ontstaat als verschillende componenten van een membraan niet goed willen mengen.

Door nauwkeurige metingen te doen aan de fluctuaties van het pindavormige membraan was Semrau in staat de stijfheid van de twee componenten te bepalen. Deze fluctuaties zijn maar zo’n honderd tot tweehonderd nanometer groot, terwijl de doorsnee van het hele membraan zo’n tien micrometer is. Om zulke precieze metingen te kunnen doen werd gebruikgemaakt van fluorescentie, laserlicht en een zeer gevoelige digitale camera. Idema beschreef met zijn wiskundig model de vorm van het oppervlak van de kunstmatige cel en bevestigde die metingen nagenoeg precies. Zijn formule bestaat uit een reeks differentiaal vergelijken met één onbekende die vele malen terugkeert.

Samenwerking

De samenwerking tussen de twee natuurkundigen begon een paar jaar geleden toen Semrau uit het Duitse Aken kwam om speciaal in Nederland zijn promotieonderzoek te kunnen doen. Wie de fysica van levensprocessen wil bestuderen heeft de laboratoria niet voor het uitkiezen.
Idema studeerde in Leiden wiskunde en natuurkunde en vond hier zijn plaats. Een kleine drie jaar geleden begonnen ze beiden aan hun promotieonderzoek, om dat – als alles meezit – eind 2009 af te ronden.

De samenwerking in de dagelijkse praktijk betekende vele malen heen en weer lopen of bellen, tussen de tweede en elfde verdieping van het natuurkundegebouw. Om de experimentele opstelling met het kunstmatige membraan van Semrau aan te passsen aan meetinformatie uit het model van Idema. En anderson, want het model werd verbeterd met de waarnemingen uit het de opstelling. Wat je noemt een zeer geslaagde validatie.
Op de vraag wat er eerder was, het model of de meting volgt een lichte aarzeling. Maar er wordt dan toch eensgezond gekozen voor de meting. ´We zagen eerst de pinda, twee versmolten bollen met aan weerskanten een knik, en dat werd de input voor een basismodel dat al een zeer primitieve vorm van een gesloten membraan beschreef.´

Idema en Semrau vinden het aardig om bezig te zijn met een zelforganiserend systeem. Een wetenschappelijke vriendschap die ertoe leidde om ook in de late uren in de kroeg nog eens door te praten. Semrau: ´Het is puur wis- en natuurkunde maar er is zo duidelijk een link met het leven, en daarover kun je altijd praten.´ Het team realiseert zich wel de beperkingen van hun bevindingen. ´Levende organismen zijn zo complex, de komende vijftig jaar zal het niet lukken om een levende cel na te maken of zelfs maar te modelleren´, zegt Idema. Semrau schudt instemmend.

Reageren via Facebook

Over Marco van Kerkhoven

Marco van Kerkhoven is bioloog, journalist en onderzoeker bij het Kenniscentrum Communicatie en Journalistiek van Hogeschool Utrecht. Hij doet promotieonderzoek naar nieuwe media businessmodellen.