Кусок пластилина, если его мять, ведёт себя как аморфное твёрдое тело — не кристалл, но и не жидкость. Внутри такого материала могут возникать лавины: одна крошечная перестройка тянет за собой соседние, и волна проходит через весь образец. Живая ткань, в которой постоянно делятся и перестраиваются клетки, тоже аморфна, но в ней есть источник энергии — деления. До сих пор было неясно, возникают ли в такой активной среде лавины, похожие на те, что в пассивных материалах.
Исследователи построили двумерную модель, где каждая ячейка — упругий блок, а деление клетки — активное событие, впрыскивающее энергию. Оказалось, что ниже порога текучести деления разжижают ткань, позволяя ей течь как очень густой мёд. Но в отличие от пассивных аналогов, в активной ткани не возникают гигантские лавины перестроек. Деления действуют как множество маленьких амортизаторов: они гасят крупные колебания, не давая им разрастись.
Причина подавления лавин кроется в энергетическом балансе. Энергия, которую приносят деления, позволяет ткани течь, но её ровно столько, чтобы поддерживать движение, а не разгонять цепные реакции. В результате ткань остаётся на грани устойчивости — как песчаная куча, которая осыпается только маленькими порциями, но никогда не сходит лавиной целиком. Это объясняет, почему растущие органы не разрушаются от внутренних перестроек.
как её написали авторы, на английском arXiv:2605.12109
Developing tissues often maintain mechanical coherence while continuously remodeling through cellular processes such as cell divisions and rearrangements. In this way, they are an example of amorphous solids. In passive amorphous solids, local rearrangements can trigger one another through long-ranged elastic interactions, leading to system-spanning avalanches near yielding. Whether similar collective dynamics should be expected in living tissues is unclear, because cell divisions generate stress and remodeling events independently of local mechanical stability. Here, we address this question using a two-dimensional elastoplastic model in which cell divisions are treated as active plastic events. We find that while cell divisions fluidize the tissue below the passive yield stress, but preserve the marginal stability in the quasistatic limit. However, they also strongly suppress the system-spanning avalanches of cell rearrangements, in constrast with the expected behavior in passive amorphous solids. Finally, we show that the avalanche supression originates from the energy balance in the system. Namely, the energy injected by cell divisions allows for shear flow below the yield stress, but also provides a finite budget for rearrangements. These results suggest that proliferating tissues display the structural hallmarks of marginal amorphous solids while exhibiting much shorter-ranged correlations in dynamics, compared to passive amorphous solids.
Аморфные твёрдые тела — такие как стекло или плотный гель — могут течь, если ждать достаточно долго. Витраж в старом соборе за века становится толще внизу.
В романе «Ложная слепота» Питера Уоттса описываются инопланетные ткани, способные к самоорганизации без центрального управления — отчасти похоже на активные аморфные системы.