Studiu: Intestinele de rechin funcționează ca supapa de apă a lui Nikola Tesla

În 1920, inventatorul de origine sârbă Nikola Tesla a proiectat și a brevetat ceea ce el a numit „conductă valvulară”: o țeavă al cărei design intern asigură fluxul unui fluid într-o direcție preferată, fără a fi nevoie de piese în mișcare, făcându-l ideal pentru aplicații de microfluidică. , printre alte utilizări. Potrivit unei lucrări recente publicate în Proceedings of the Royal Society B, valva Tesla oferă, de asemenea, un model util pentru modul în care alimentele se mișcă prin sistemul digestiv al multor specii de rechini. Pe baza noilor scanări CT ale intestinelor de rechin, oamenii de știință au ajuns la concluzia că intestinele sunt supape Tesla care apar în mod natural.

„A sosit timpul ca unele tehnologii moderne să fie folosite pentru a privi aceste intestine spiralate cu adevărat uimitoare ale rechinilor”, a declarat co-autorul Samantha Leigh de la Universitatea de Stat din California, Dominguez Hills. „Am dezvoltat o nouă metodă de scanare digitală a acestor țesuturi și acum putem privi țesuturile moi într-un detaliu atât de mare, fără a fi nevoie să le feliem.” Cheia designului ingenios al supapelor Tesla este un set de bucle interconectate, asimetrice, în formă de lacrimă. În cererea sa de brevet, Tesla a descris această serie de 11 segmente de control al fluxului ca fiind făcute din „măriri, recesiuni, proiecții, deflectoare, care, oferind practic niciun fel de rezistență la trecerea fluidului într-o direcție, alta decât fricțiunea de suprafață , constituie o barieră aproape de netrecut în calea fluxului său în direcția opusă. ” Și pentru că reușește acest lucru fără piese în mișcare, o supapă Tesla este mult mai rezistentă la uzura operațiunilor frecvente. Tesla a susținut că apa va curge prin supapa sa de 200 de ori mai lent într-o direcție decât alta, ceea ce ar fi putut fi o exagerare. O echipă de oameni de știință de la Universitatea din New York a construit o supapă Tesla funcțională în 2021, în conformitate cu proiectarea inventatorului, și a testat această afirmație prin măsurarea fluxului de apă prin supapă în ambele direcții la diferite presiuni. Oamenii de știință au descoperit că apa curgea doar de două ori mai încet în direcția nepreferită. Cu toate acestea, debitul s-a dovedit a fi un factor critic. Supapa a oferit foarte puțină rezistență la debituri lente, dar odată ce această rată a crescut peste un anumit prag, rezistența supapei ar crește și ea, generând fluxuri turbulente în direcția inversă, „înfundând” astfel conducta cu vârtejuri și curenți perturbatori.

Deci, funcționează mai mult ca un comutator, potrivit co-autorului Leif Ristroph, și poate ajuta, de asemenea, la netezirea fluxurilor pulsatorii, asemănător cu modul în care convertoarele AC / DC transformă curenții alternativi în curent continuu. De fapt, Ristroph a sugerat că aceasta ar fi putut fi intenția lui Tesla în proiectarea supapei, având în vedere că cea mai mare pretenție a sa faimă este inventarea atât a motorului de curent alternativ, cât și a unui convertor AC / DC. Și acum, valva Tesla oferă informații despre structura neobișnuită a intestinelor de rechin, datorită unei echipe de cercetători provenind din trei universități: California State University, Dominguez Hills, Universitatea din Washington și Universitatea din California, Irvine. Rechinii sunt prădători de vârf, hrănindu-se cu o gamă largă de specii și, prin urmare, sunt importanți pentru controlul biodiversității în ecosistemul mai mare. Majoritatea rechinilor au intestine spiralate constând dintr-un număr variabil de pliuri în țesutul intestinal, de obicei într-una din cele patru configurații de bază: coloană, scroll, o pâlnie îndreptată spre posterior sau o pâlnie îndreptată spre anterior. Aceste patru tipuri de intestine sunt de obicei descrise în schițe 2D care sunt despărțite în două dimensiuni după o disecție sau imaginate ca felii bidimensionale prin structura tridimensională. Dar asta nu oferă oamenilor de știință o perspectivă prea mare asupra modului în care funcționează structura in situ. Anul trecut, cercetătorii japonezi au reconstituit micrografii ale secțiunilor histologice dintr-o specie de squar de pisică într-un model tridimensional, oferind „o privire întrepătrunzătoare a anatomiei unui intestin spiralat de tip scroll”, conform autorilor acestei ultime lucrări. Co-autorul Adam Summers, de la Universitatea din Washington’s Friday Harbor Labs, și colegii săi au decis că scanarea CT ar putea realiza ceva similar, deoarece tehnica presupune preluarea unei serii de imagini cu raze X din unghiuri diferite și apoi combinarea acestora în imagini 3D. Echipa a efectuat, de asemenea, experimente cu cinci câini spini Pacific eutanasiați recent. Cercetătorii au trecut prin intestinele spiralate lichide colorate cu vâscozități variate și au observat cum reacționează mușchii spirale la lichid. Intestinele păreau să încetinească mișcarea alimentelor, direcționându-le în jos prin intestin prin gravitație și contracții ale mușchiului neted al intestinului. Cu toate acestea, aceste contracții au servit în cea mai mare parte la amestecarea oricăror fluide prin care trec; structura neobișnuită a intestinului este suficientă pentru a mișca totul de-a lungul.

În ceea ce privește de ce această structură intestinală particulară ar fi putut evolua în primul rând, rechinii pot merge zile sau săptămâni între mese mari. Autorii fac ipoteza că structura spirală neobișnuită oferă o suprafață extinsă și un volum, prelungind astfel timpul în care alimentele rămân în intestin. Acest lucru mărește absorbția nutrienților și, de asemenea, reduce cantitatea de energie necesară rechinilor pentru a-și digera alimentele. Următorul pas este creerea de modele tipărite 3D ale diferitelor tipuri de intestin de rechin și să efectuarea de experimente. „Marea majoritate a speciilor de rechini și majoritatea fiziologiei lor sunt complet necunoscute”, a spus Summers. „Fiecare observație de istorie naturală, vizualizare internă și investigație anatomică ne arată lucruri la care nu am fi putut gândi. Trebuie să ne uităm mai atent la rechini.„. Sursa: arstechnica.com