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.
![Qliniqa.hr](/_next/image?url=https%3A%2F%2Fcms.qliniqa.hr%2Fwp-content%2Fuploads%2F2023%2F10%2Fpexels-kindel-media-8325753-scaled.jpg&w=3840&q=75)
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.
![Qliniqa.hr](/_next/image?url=https%3A%2F%2Fcms.qliniqa.hr%2Fwp-content%2Fuploads%2F2023%2F10%2Fclose-up-blurry-scientist-holding-petri-dish.jpg&w=3840&q=75)
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.