纤毛是丝状的、毛发状的结构，几乎存在于人体的所有细胞中。根据组织的不同，它们完成了大量的基本任务，如在气管中运输粘液，提供营养物质，并在胚胎发育过程中诱导左右不对称。作为大规模流体运输的控制者，运动纤毛经历循环跳动中风。通过这种方式，它们将机械信号传递给邻近的纤毛，共同产生所谓的metchrononal波。通常情况下，成千上万的纤毛参与了这种波浪的产生，因此它们的运动需要得到很好的调节，以确保和优化它们的生物功能。由于这一现象的高度复杂性和多尺度性，对纤毛自组织成metachronal波的机械理解迄今为止还缺乏。“我们的模型可以深入了解纤毛阵列的组织，”该研究的首席研究员、MpIDS生命物质物理系主任Ramin Golestanian教授解释说。“我们现在第一次能够预测正在形成的超时性波的参数和属性。”

纤毛的行为取决于外在因素和内在因素

为纤毛阵列建立这样的模型对于理解外部和内部因素如何影响系统的功能是至关重要的。例如，环境中某些化学物质或组分浓度的变化会在小范围内引起变化，从而可能改变出现的波并导致全身功能障碍。为了理解这一点，我们需要对现象进行多尺度的描述。由于G.I. Taylor在几十年前的开创性工作(见“进一步的信息”)，纤毛之间的水动力相互作用可以导致它们之间的协调是众所周知的。换句话说:纤毛的协调是由于纤毛中风时产生的流量影响了整个阵列的行为，最终导致了掌时波。这个新模型是由Fanlong孟、Rachel Bennett、Nariya Uchida和Ramin Golestanian提出的，它可以解释许多独立跳动的纤毛的状况，这些纤毛协调着它们的动作。在他们的模型中，作者专注于纤毛的基本属性，比如它们不同的跳动和声或基因组特征。通过结合这些特征或出现的波，他们创造了一个强大的理论框架来描述纤毛阵列。

因此，新的模型能够解释这两种情况，改变的性质，并对纤毛阵列的集体行为作出预测。格莱斯坦尼亚补充说:“由于这可以在微观上更好地了解该组织，该研究为多种潜在应用奠定了基础。”它们可能包括生物样本故障的诊断评估，医学治疗操作纤毛行为的新方法，或使用metachronal波的人工系统工程。

Journal Reference:

Fanlong Meng, Rachel R. Bennett, Nariya Uchida, Ramin Golestanian. Conditions for metachronal coordination in arrays of model cilia. proceedings of the National Academy of Sciences, 2021; 118 (32): e2102828118 DOI: 10.1073/pnas.2102828118