“Het was behoorlijk verbazingwekkend hoe goed de experimentele gegevens en de numerieke simulatie bij elkaar pasten”, zei Eckert. Het paste zelfs zo goed bij elkaar dat Carenza’s eerste reactie was dat het wel verkeerd moest zijn. Het team was gekscherend bang dat de recensent zou denken dat ze vals speelden. “Het was echt zo leuk”, zei Carenza.
De bevindingen beantwoorden “een al lang bestaande vraag over het soort orde dat aanwezig is in weefsels”, zegt Joshua Shaevitz, een natuurkundige aan de Princeton University die het artikel beoordeelde (en niet dacht dat ze vals speelden). De wetenschap ‘gaat vaak in de war’, zei hij, als de gegevens wijzen op schijnbaar tegengestelde waarheden – in dit geval geneste symmetrieën. “Dan wijst iemand erop of laat zien dat die dingen niet zo verschillend zijn. Ze hebben allebei gelijk.”
Vorm, kracht en functie
Het nauwkeurig definiëren van de symmetrie van een vloeibaar kristal is niet alleen een wiskundige oefening. Afhankelijk van de symmetrie ziet de kristalspanningstensor (een matrix die registreert hoe een materiaal onder spanning vervormt) er anders uit. Deze tensor is een wiskundige verbinding met de vergelijkingen van de vloeistofdynamica die Giomi wilde gebruiken om fysieke krachten en biologische functies met elkaar te verbinden.
Het naar weefsels brengen van de fysica van vloeibare kristallen is een nieuwe manier om de rommelige, gecompliceerde wereld van de biologie te begrijpen, zei Hirst.
De precieze implicaties van de overdracht van hexatische naar nematische volgorde zijn nog niet duidelijk, maar het team vermoedt dat cellen een zekere mate van controle over de overgang kunnen uitoefenen. Er zijn zelfs aanwijzingen dat het verschijnen van een nematische orde iets te maken heeft met celadhesie, zeiden ze. Uitzoeken hoe en waarom weefsels deze twee met elkaar verweven symmetrieën manifesteren is een project voor de toekomst, hoewel Giomi al bezig is om de resultaten te gebruiken om te begrijpen hoe kankercellen door het lichaam reizen wanneer ze uitzaaien. En Shaevitz merkte op dat de vloeibare kristalliniteit van weefsel op meerdere niveaus verband kan houden met embryogenese: het proces waarbij embryo’s tot organismen worden gevormd.
Als er één centraal idee is in de weefselbiofysica, zei Giomi, dan is het dat structuur krachten creëert, en krachten creëren functie. Met andere woorden: de controle van de symmetrie op meerdere schalen kan deel uitmaken van de manier waarop weefsels meer opleveren dan de som van hun cellen.
Er is een “driehoek van vorm, kracht en functie”, zei Giomi. “Cellen gebruiken hun vorm om krachten te reguleren, die op hun beurt dienen als aanjagers van mechanische functionaliteit.”
Origineel verhaal herdrukt met toestemming van Quanta-tijdschrift, redactioneel onafhankelijke uitgave Stichting Simmons wiens missie het is om het publieke begrip van wetenschap te verbeteren door onderzoeksontwikkelingen en trends in de wiskunde en de natuur- en levenswetenschappen te behandelen.