“Het was behoorlijk verbazingwekkend hoe goed de experimentele gegevens en de numerieke simulatie bij elkaar pasten”, zei Eckert. In feite kwam het zo nauw overeen dat Carenza’s eerste reactie was dat het verkeerd moest zijn. Het group was gekscherend bang dat een peer reviewer zou denken dat ze vals hadden gespeeld. “Het was echt zo mooi”, zei Carenza.

De waarnemingen beantwoorden een “al lang bestaande vraag over het kind orde dat in weefsels aanwezig is”, aldus de onderzoekers Joshua Shaevitz, een natuurkundige aan de Princeton Universiteit die het artikel heeft beoordeeld (en niet dacht dat ze hadden gefraudeerd). De wetenschap ‘wordt vaak duister’, zei hij, als gegevens wijzen op schijnbaar tegenstrijdige waarheden – in dit geval de geneste symmetrieën. ‘Dan wijst iemand erop of laat zien dat die dingen niet zo verschillend zijn. Ze hebben allebei gelijk.”

Vorm, kracht en functie

Het nauwkeurig definiëren van de symmetrie van een vloeibaar kristal is niet alleen een wiskundige oefening. Afhankelijk van de symmetrie ziet de spanningstensor van een kristal – een matrix die vastlegt hoe een materiaal onder spanning vervormt – er anders uit. Deze tensor is de wiskundige hyperlink naar de vloeistofdynamica-vergelijkingen die Giomi wilde gebruiken om fysieke krachten en biologische functies met elkaar te verbinden.

Het toepassen van de fysica van vloeibare kristallen op weefsels is een nieuwe manier om de rommelige, gecompliceerde wereld van de biologie te begrijpen, zei Hirst.

De precieze implicaties van de overdracht van hexatische naar nematische volgorde zijn nog niet duidelijk, maar het group vermoedt dat cellen een zekere mate van controle over die overgang kunnen uitoefenen. Er is zelfs bewijs dat de opkomst van nematische orde iets te maken heeft met celadhesie, zeiden ze. Uitzoeken hoe en waarom weefsels deze twee met elkaar verweven symmetrieën manifesteren is een venture voor de toekomst, hoewel Giomi er al aan werkt om de resultaten te gebruiken om te begrijpen hoe kankercellen door het lichaam stromen wanneer ze uitzaaien. En Shaevitz merkte op dat de meerschalige vloeibare kristalliniteit van een weefsel verband zou kunnen houden met embryogenese – het proces waarbij embryo’s zichzelf tot organismen vormen.

Als er één centraal idee is in de weefselbiofysica, zei Giomi, dan is het dat structuur aanleiding geeft tot krachten, en dat krachten aanleiding geven tot functies. Met andere woorden: het beheersen van meerschalige symmetrie zou deel kunnen uitmaken van de manier waarop weefsels meer opleveren dan de som van hun cellen.

Er is “een driehoek van vorm, kracht en functie”, zei Giomi. “Cellen gebruiken hun vorm om krachten te reguleren, en deze dienen op hun beurt als de draaiende motor van mechanische functionaliteit.”

Origineel verhaal herdrukt met toestemming van Quanta-tijdschrift, een redactioneel onafhankelijke publicatie van de Simons Stichting wiens missie het is om het publieke begrip van wetenschap te vergroten door onderzoeksontwikkelingen en developments in de wiskunde en de natuur- en levenswetenschappen te behandelen.