Vicsek Tamás

Az egyes tudományos diszciplínák történetük során folyamatos, idõnként felgyorsuló ütemû változásokon esnek át. A huszadik század folyamán a fizika több, immár legendás korszakot ért meg, és méltán töltötte be a természettudományos "húzóágazat" szerepét. Az ezredfordulóhoz érve, mintha a fizika újból egy fordulat idõszakában lenne: minden eddigit meghaladó mértékben fordul a társtudományok felé, és a fizikusok egyre újabb területeken termékenyítik meg elméleti, ugyanakkor pragmatikus felfogásukkal a kutatásokat.

A biológia terén napjainkban születõ, és rendkívüli távlatokat sejtetõ felfedezések egyre több fizikus érdeklõdését fordítják az élõ rendszerek viselkedésének kutatása felé. Másfelõl, a biológus társadalomban is egyre inkább igény jelenik meg tudományterületük kvantitatívabbá tételére, azaz arra, hogy az élõ rendszerek tulajdonságait lehetõség szerint egzakt, számokban is jól kifejezhetõ módon írják le, vizsgálják. Erre jó lehetõségét nyújtanak a fizikusok által kifejlesztett mérési technikák, berendezések, számítógépes programok. Az elõadásban bemutatom, hogy a biológiának több olyan fontos területe is van, amelyek vizsgálatában a statisztikus fizikai módszerek érdekes felismerésekre vezettek a közelmúltban. Ezen az új fejlemények egy kis szeletét illusztrálom biológiai fizikai témákban elért friss eredményeink ismertetésével.

Ismertetni fogom, hogy milyen érdekes jelenségeket lehet megfigyelni, ha (i) egyszerre sok molekuláris motor mozgását modellezzük. Eredményeink szerint pl. a motorok mozgási iránya megváltozik, ha sûrûségüket növeljük [1]. Analitikusan megoldható, a kísérletekkel egyezõ eredményeket adó modellt javasoltunk a sejteken belüli transzportot megvalósító kinezin molekula mozgási mechanizmusára [2]. (ii) Javasoltunk egy egyszerû modellt, amelyik az élõlények csoportos mozgása során megfigyelhetõ átmenetek leírására alkalmas. Megmutattuk, hogy ha a perturbációk egy kritikus értéknél kisebbek, a mozgás spontán rendezõdik, analógiában a másodfajú fázisátalakulást mutató rendszerekben megfigyelhetõ jelenségekkel [3]. Különös, hogy ez a rendezõdés még egy dimenzióban (alagútban) is kialakul. (iii) Modelleztük a petri csészékben növekedõ baktériumtelepek viselkedését is, és így sikerült választ kapnunk a kísérletekben megfigyelt bonyolult, fraktál geometriájú telepek morfogenezisének néhány alapvetõ kérdésére [4,5]. Egyik legfrissebb eredményünk az u.n. in vitro sejttenyészetek érdekes statisztikus tulajdonságára vonatkozik. Kísérleti úton meghatároztuk a petri csésze aljára letapadt idegi sejtek mozgásának sebességeloszlását, és a várt Gauss görbe helyett egyszerû exponenciális lecsengést kaptunk. Eredményünkrõl kiderült, hogy több más sejt-típus mozgására is érvényes. Sikerült az exponenciális sebességeloszlást egy egyszerû, statisztikus meggondolásokon alapuló fenomenológikus elméletbõl levezetni [6] .

A fenti munkákban való együttmûködésért köszönetet mondok munkatársaimnak, elsõsorban Czirók Andrásnak és Derényi Imrének.

[1] Derényi I., and T. Vicsek, Phys. Rev. Lett. 75, 374 (1995)

[2] Derényi I., and T. Vicsek, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93, 6775 (1996)

[3] T. Vicsek, A. Czirók, E. Ben-Jacob, I. Cohen and O. Shochet, Phys. Rev. Lett. 75 1226 (1995)

[4] E. Ben-Jacob, 0. Shochet, A. Tenenbaum, I. Cohen, A. Czirok and T. Vicsek, Nature 368 (1994) 46

[5] E. Ben-Jacob, I. Cohen, O. Shochet, A. Czirók and T. Vicsek, Phys. Rev. Lett. 75 2899 (1995)

[6] A. Czirók, K. Schlett, E. Madarász and T. Vicsek, kézirat