Sa svojim repovima poput biča, ljudski se spermiji kreću kroz viskozne tekućine, naizgled prkoseći Newtonovom trećem zakonu kretanja, prema novom istraživanju.
Kenta Ishimoto, matematičar na Sveučilištu Kyoto, i njegovi kolege istraživali su ove nerecipročne interakcije u spermijima i drugim mikroskopskim biološkim plivačima, kako bi otkrili način na koji klize kroz tvari koje bi se, u teoriji, trebale opirati njihovom kretanju.
Stanice algi i sperme analizirane su pod mikroskopom, gdje se otkrilo kako koriste svoje repove za kretanje radeći pokrete poput valova koji ih guraju i vuku kroz okolinu u tekućini.
Istraživači su otkrili kako bičevi ili repovi spermija tjeraju agense naprijed mijenjajući njihov oblik u interakciji s tekućinom. U slučaju Newtonovog zakona kretanja, pokreti bi u konačnici trebali usporiti plivače, navodi Daily Mail.
Newtonov zakon objašnjava odnos između fizičkog objekta i sila koje na njega djeluju s nekoliko zgodnih načela, no kako se pokazalo, ona se ne moraju nužno primjenjivati na mikroskopske stanice koje se migolje kroz ljepljive tekućine.
Stanice algi i sperme analizirane su pod mikroskopom. Izvor: Pexels
“Za svaku radnju postoji jednaka i suprotna reakcija”, tako se može sažeti Newtonov treći zakon koji označava posebnu simetriju u prirodi gdje suprotstavljene sile djeluju jedna protiv druge. U najjednostavnijem primjeru, dvije kuglice jednake veličine koje se sudaraju dok se kotrljaju po tlu prenijet će svoju silu i odbiti se na temelju ovog zakona.
Međutim, u prirodi nisu svi fizički sustavi vezani ovim simetrijama. Takozvane ne-recipročne interakcije pojavljuju se u neposlušnim sustavima poput ptica koje se okupljaju u jatu, čestica u tekućini i plivajuće sperme.
Ovi pokretni agensi kreću se na načine koji prikazuju asimetrične interakcije sa životinjama iza njih ili tekućinama koje ih okružuju, stvarajući rupu za jednake i suprotne sile da zaobiđu Newtonov treći zakon.
Ptice i stanice stvaraju vlastitu energiju, koja se dodaje sustavu svakim zamahom njihovih krila ili mahanjem repa pa za sustav potisnut daleko od ravnoteže ista pravila ne vrijede.
Istraživači su otkrili kako repovi sperme i flagele algi imaju 'čudnu elastičnost'. Izvor: Pexels
Ishimoto i kolege analizirali su eksperimentalne podatke o ljudskoj spermi i modelirali kretanje zelene alge Chlamydomonas. Obje plivaju pomoću tankih, savijenih flagela (bičeva) koje strše iz tijela stanice i mijenjaju oblik ili se deformiraju kako bi tjerale stanice naprijed.
Visoko viskozne tekućine obično bi raspršile energiju flageluma (organ koji proizvodi kontrakcije u raznih vodenih životinja s različitom namjenom), sprječavajući kretanje spermija ili jednostanične alge. Pa ipak, nekako, elastične flagele mogu pokrenuti te stanice bez izazivanja odgovora iz okoline.
Istraživači su otkrili kako repovi sperme i flagele algi imaju ‘čudnu elastičnost‘, što omogućuje ovim fleksibilnim dodacima da se vrte bez gubitka puno energije na okolnu tekućinu, navodi Science Alert.
Ali ovo svojstvo neobične elastičnosti nije u potpunosti objasnilo pogon valovitog gibanja flagele.
Pročitaj više:
Dakle, iz svojih studija modeliranja, istraživači su također izveli novi izraz, neobičan modul elastičnosti, za opisivanje unutarnje mehanike flagela.
“Od rješivih jednostavnih modela do bioloških flagelarnih valnih oblika za Chlamydomonas i stanice sperme, proučavali smo modul čudnog savijanja kako bismo dešifrirali nelokalne, nerecipročne unutarnje interakcije unutar materijala”, zaključuju istraživači.
Nalazi bi mogli pomoći u dizajnu malih, samosastavljajućih robota koji oponašaju žive materijale, dok bi se metode modeliranja mogle koristiti za bolje razumijevanje temeljnih načela kolektivnog ponašanja, dodaje tim.
