Bỏ qua điều hướng
•

"Chất rắn ngậm nước" làm rung chuyển giới khoa học

"Chất rắn ngậm nước" làm rung chuyển giới khoa học
Nguồn ảnh: KhoaHoc.tv

"Thực vật các loại là chất rắn ngậm nước". Nhận định này của các nhà nghiên cứu Đại học Columbia, New York (Mỹ) đã làm chấn động giới khoa học.

"Thực vật các loại là chất rắn ngậm nước". Nhận định này của các nhà nghiên cứu Đại học Columbia, New York (Mỹ) đã làm chấn động giới khoa học.

Nghiên cứu mới từ Đại học Columbia phát hiện điều chưa từng có trong khoa học: Nước đóng vai trò trung tâm đối với đặc tính của các thực vật trong tự nhiên như trái thông, nấm, các loại thực vật và cây cối. Và từ đó họ lập luận rằng các loại thực vật là một “chất rắn ngậm nước".

Trong nhiều năm, giới khoa học thuộc lĩnh vực vật lý và hóa học tin rằng các tính chất của vật liệu rắn, về cơ bản được xác định từ các nguyên tử và phân tử mà chúng tạo thành.

Bào tử nở ra mạnh mẽ khi được thêm nước vào và co lại khi lấy nước ra
Bào tử nở ra mạnh mẽ khi được thêm nước vào và co lại khi lấy nước ra - (Ảnh: SCIENCE NEWS).

Ví dụ: bản chất kết tinh của muối được quy cho sự liên kết giữa các ion natri và clorua. Tương tự như vậy, các kim loại như sắt hoặc đồng có độ bền nhờ các liên kết kim loại giữa các nguyên tử tương ứng của chúng. Nguyên tắc này cũng áp dụng cho các chất như nấm, vi khuẩn, gỗ.

Từ những ứng xử lạ lùng của bào tử

Những phát hiện mới xuất hiện từ nhóm nghiên cứu của giáo sư Ozgur Sahin, khoa sinh học và vật lý, Đại học Columbia.

Nhóm nghiên cứu đã phát hiện hành vi kỳ lạ của bào tử, loại tế bào vi khuẩn không hoạt động trong các loại thực vật.

Theo trang tin khoa hoc Scitech Daily, trong nhiều năm, giáo sư Sahin và các sinh viên của ông đã nghiên cứu các bào tử để hiểu tại sao chúng nở ra mạnh mẽ khi được thêm nước vào và co lại khi lấy nước ra.

Và họ đã thu hút sự chú ý của giới truyền thông về việc khai thác khả năng đó để tạo ra những cỗ máy nhỏ giống như động cơ chạy bằng bào tử.

Tuy nhiên, họ vẫn không hiểu tại sao các bào tử lại hành xử như vậy. Sau nhiều năm cân nhắc những lập luận tiềm năng, giáo sư Sahin nhận ra rằng những bí ẩn mà nhóm liên tục gặp phải có thể được giải thích: Lực hydrat hóa chi phối cách nước di chuyển trong bào tử.

Kết quả của những thí nghiệm đó đã dẫn đến nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Nature, số tháng 6-2023: “Chất rắn hydrat hóa” .

Đặc tính của vật chất phụ thuộc lực hydrat hóa

Nhóm lập luận rằng đặc tính của nhiều vật liệu sinh học thực sự được tạo ra do nước thấm qua các vật liệu này. Nước tạo ra chất rắn và tiếp tục xác định các tính chất của chất rắn đó, trong khi vẫn duy trì các đặc tính lỏng của nó. Loại vật liệu này là “chất rắn ngậm nước".

Khi nước ở dạng lỏng, các phân tử của nó tạo ra sự cân bằng. Nhưng khi các phân tử hình thành vật liệu sinh học kết hợp với nước, các phân tử nước đẩy các phân tử của vật chất sinh học ra xa. Lực đẩy đó được gọi là lực hydrat hóa.

Lập luận của nghiên cứu mới này phát hiện lực hydrat hóa là thứ xác định gần như hoàn toàn đặc tính của vật chất sinh học, bao gồm cả độ mềm hay cứng của nó. Phát hiện này gây ngạc nhiên cho giới khoa học.

Giáo sư Sahin dùng cách hình tượng để diễn tả nghiên cứu: “Khi đi dạo trong rừng, chúng ta thực sự nên coi những cây cối đó như những tháp nước giữ đường và protein tại chỗ. Đó thực sự là thế giới của nước”.

Một nghiên cứu mang tính bước ngoặt từ Đại học Columbia (Mỹ) công bố trên tạp chí Nature vào tháng 6 năm 2023 đã làm thay đổi cách hiểu truyền thống về vật lý chất rắn. Khác với quan niệm lâu nay cho rằng đặc tính vật liệu chỉ phụ thuộc vào liên kết giữa các nguyên tử, các nhà khoa học phát hiện nước đóng vai trò trung tâm quyết định cấu trúc sinh học. Nhóm nghiên cứu khẳng định nhiều loài thực vật, nấm và gỗ trong tự nhiên thực chất là những "chất rắn ngậm nước". Khởi nguồn của phát hiện này xuất phát từ hiện tượng bào tử vi khuẩn giãn nở mạnh khi tiếp xúc với nước và co lại khi khô ráo do nhóm giáo sư Ozgur Sahin theo dõi nhiều năm. Quá trình nghiên cứu cho thấy cách thức nước dịch chuyển bên trong tế bào chịu sự chi phối trực tiếp từ lực hydrat hóa. Khi các phân tử sinh học kết hợp với nước, các phân tử nước tạo lực đẩy ra xa, thiết lập nên trạng thái cân bằng đặc biệt cho vật liệu. Lực hydrat hóa chính là yếu tố chi phối gần như hoàn toàn các đặc tính cơ học như độ cứng hay độ mềm của mô sinh học. Dưới góc nhìn mới này, cây cối hay thực vật được ví như những khối kiến trúc nước chứa đường và protein được cố định tại chỗ. Công trình khoa học đã mở ra hướng tiếp cận hoàn toàn mới trong việc nghiên cứu cơ chế vận hành của thế giới tự nhiên và vật liệu sinh học.
amung