UvA-onderzoek naar kluwen wormen helpt bij natuurkundige theorie
Twee UvA-hoogleraren en een postdoc besteedden hun vrijdagmiddag aan een kluwen wormpjes in plaats van een terrasje in het zonnetje. Met behulp van die wormpjes probeerden ze meer kennis te vergaren voor een natuurkundige theorie die nu een hot topic is, maar die nog verre van compleet is. ‘Het interessante aan verzamelingen zoals een kluwen wormen is dat ze regelmatig onverwacht gedrag lijken te vertonen.’
Hoogleraar fysische chemie Sander Woutersen, hoogleraar complexe vloeistoffen Daniel Bonn en postdoc Antoine Deblais deden op een vrijdagmiddag onderzoek naar tubifex-wormpjes, die ook wel als visvoer dienen. Dit deden ze niet omdat ze de beestjes zelf zo interessant vinden, maar omdat het wormengedrag kan helpen bij het ontwikkelen van een natuurkundige theorie die nog niet compleet is.
Deze theorie gaat over active matter, een grote verzameling actief bewegende deeltjes, aldus Woutersen. ‘Een belangrijk kenmerk van zo’n verzameling is dat het er zo veel zijn dat het collectieve gedrag niet meer gevoelig is voor kleine verschillen tussen de individuele deeltjes. Dat is het geval bij een school vissen, maar ook bij die tubifex-wormpjes. Het interessante aan zulke systemen is dat ze regelmatig onverwacht gedrag lijken te vertonen.’
Wormpjes vergelijkbaar met polymeren
In de natuur komt active matter vaak voor in de vorm van ‘draadachtige dingetjes’. Denk bijvoorbeeld aan biopolymeren die bestaan uit opeenvolgende, identieke delen, zoals actine, een eiwit dat er onder andere voor zorgt dat je spieren kunnen samentrekken.
‘Zulke moleculen maak je niet zomaar zelf,’ legt Woutersen uit, ‘dus zochten we naar een alternatief dat je kunt gebruiken voor experimenten.’ Ze vonden al snel een oplossing: de wormpjes. ‘Die gedragen zich precies alsof het actieve polymeermoleculen zijn.’
Gedrag van stroperige vloeistof
In hun experimenten ontdekten ze dat een kluwen wormen zich gedraagt als een stroperige vloeistof. ‘De kluwen vertoont weerstand als je het met behulp van een milde schuifkracht probeert te vervormen, vergelijkbaar met een klodder stroop die je probeert uit te smeren,’ vertelt Woutersen. ‘Dat is niet zo verrassend, want dat doet elke verzameling verstrengelde sliertjes. Maar we verwachtten dat bij een grotere schuifkracht de kluwen minder stroperig wordt, omdat polymeren de neiging hebben om dan uit te lijnen met de stroomrichting. Maar bij de wormen was dat veel minder het geval dan voor een gewone kluwen polymeren.’
De actieve beweging van de wormen lijkt dit te verklaren, volgens de natuurkundigen. ‘Die beweging voorkomt dat dat de beestjes uitlijnen met de stroomrichting.’ Ze denken dat dit onderzoek – wat ze in twee artikelen in Physical Review Letters hebben gepubliceerd –theoretici kan helpen om de theorie over active matter verder te ontwikkelen, omdat er nog niet eerder naar ‘actieve polymeermoleculen’ werd gekeken.
