La-Ola-Wellen gibt es nicht nur im Stadion. Auch in der Natur kommt diese Form der Welle vor, allerdings zeugt sie dort nicht von Begeisterung über den Spielverlauf, sondern dient der Fortbewegung oder dem Transport. So bewegen sich etwa die Beine eines Tausendfüßlers oder die Geißeln eines Bakteriums wellenförmig. Auch in der Lunge schlagen winzige Härchen, so genannte Cilien, im wellenförmigen Rhythmus und transportieren auf diese Weise Staubkörnchen aus dem Organ heraus. Wie sich allerdings die härchenartigen Zellausstülpungen untereinander zeitlich abstimmen, um kollektiv eine Welle zu formen, ist bislang unbekannt.

Nun haben Forscher der Brandeis University in Waltham ein Modellsystem aus möglichst wenigen Komponenten entwickelt, das sich tatsächlich in La-Ola-Wellenform bewegte. Ihr simples Modell gewähre Einsichten in die Synchronisation des Schlagens von Cilien oder Geißeln.

Die Forscher um Timothy Sanchez brachten so genannte Mikrotubuli mit Motorproteinen zusammen: fadenförmige Proteine, die in Cilien oder Geißeln als Bündel vorkommen, und Proteine, die mechanische Arbeit verrichten. Beide verbanden sich von selbst zu Bündeln, bei denen die Motorproteine mehrere Cilien wie einen Blumenstrauß zusammenhielten. Diese Bündel führten schlagende Bewegungen aus, die an das Schlagen von Cilien und Geißeln erinnerten – ein Hinweis, dass Hunderte von Motorproteinen innerhalb eines Bündels ihre Aktivität spontan synchronisieren.

Die Wissenschaftler befestigten anschließend zig Bündel dicht nebeneinander auf der Oberfläche einer Luftblase in einer Flüssigkeit. Ab einer bestimmten Packungsdichte entstand dann das wellenähnliche Muster. Dieses transportierte Staubpartikel in eine bestimmte Richtung über die Luftblase. Die zeitliche Abstimmung der Härchen erfolge daher nicht durch chemische Signale, sondern schlicht durch die hydrodynamische Kopplung der Härchen untereinander, also durch die Kräfte, die durch die Flüssigkeit zwischen den Mikrotubuli-Bündeln vermittelt werden, so die Forscher. (cm)

Science 10.1126/science.1203963, 2011