物理科技生物学-PHYICA

生小原夏希物启发机器人演示发现鳐精子独特的游泳动作

技术工程 2021-12-01 21:55:02

Discovery of ray sperms' unique swimming motion and demonstration with bio-inspired robot这个生物启发的机器人由三个部分组成,就像射线精子一样:一个由刚性铁丝制成的螺旋头,一个由软棉线制成的螺旋尾,以及两个电机作为能量供应的中间件。学分:香港城市大学人们普遍认为精子是通过拍打或旋转它们柔软的尾巴来游动的。然而,由香港城市大学的科学家领导的一个研究小组发现,射线精子通过旋转尾巴和头部来移动。该团队进一步研究了运动模式,并用机器人进行了演示。他们的研究扩展了微生物运动的知识,为机器人工程设计提供了灵感。此次研究由城市大学生物医学工程系副教授沈博士和生物医学科学系助理教授石家海博士共同主持。他们的发现发表在科学杂志《美国国家科学院院刊》(PNAS)上,标题为“异质双螺旋实现不同粘度下射线精子的自适应高效推进”

惊人的发现

他们的研究揭示了射线精子一种新的独特的运动模式,他们称之为“异质双螺旋(HDH)模型”“这实际上是一个偶然的发现,”石博士说,他一直专注于开发不同的生物疗法。

这一切都始于该团队的另一项研究,即开发人工授精技术,用于养殖软骨鱼类,包括鲨鱼和鳐鱼,它们的骨骼全部或大部分由软骨组成。“软骨鱼可以作为一个‘工厂’来生产针对疾病的抗体,包括新冠肺炎。所以我们想开发人工授精技术,将它们用于高价值的水产养殖,”他说。

在这个过程中,当研究小组第一次在显微镜下观察到射线精子的独特结构和游泳运动时,他们感到非常惊讶。他们发现鳐精子的头部呈长螺旋结构,而不是圆形,游泳时它会随着尾巴一起旋转。

研究小组进一步研究了它的推进机制,尤其是头部在运动中的确切作用。他们发现射线精子由不同种类的螺旋部分组成:一个刚性的螺旋头部和一个柔软的尾部,它们通过一个“中间部分”连接起来,为旋转运动提供能量。鳐精子的头部不仅是遗传物质的“容器”,而且与柔软的尾部一起促进推进。

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