Како су сперматозоиди направили „рупу“ у Њутновом закону

Кента Ишимото, научник и математичар са Универзитета Кјото, и његове колеге истраживали су интеракције код сперматозоида и других микроскопски видљицим биолошким пливачима, да би открили како они провлаче кроз разне супстанце које би, у теорији, требало да пружају отпор њиховом кретању.

Када је Њутн осмислио, своје сада чувене законе кретања 1686. године, покушао је да објасни однос између физичког објекта и сила које делују на њега са неколико принципа који се, испоставило се, не примењују нужно на микроскопске ћелије које се провлаче кроз лепљиве течности.

Трећи Њутнов закон се може сажети речима са „за сваку акцију постоји једнака и супротна реакција“. Означава својеврсну симетрију у природи где супротстављене силе делују једна против друге. У најједноставнијем примеру, два мермерна камена једнаке величине која се сударају док се котрљају по тлу ће преносити своју силу и одскакати на основу овог закона.

Међутим, природа је хаотична и нису сви физички системи везани овим симетричним, реципрочним шаблонима. Такозване нереципрочне интеракције појављују се у „непослушним“ системима као што су јата птица али и течност у којој пливају сперматозоиди. Они показују асиметричне интеракције са другим организмима или са течностима које их окружују, формирајући тако „рупу“ у Њутновом закону.

Пошто птице и ћелије са бичевима генеришу сопствену енергију, која се додаје систему са сваким замахом њихових крила или махањем репа, систем је потиснут далеко од равнотеже и не важе иста правила, пише портал Science Alert.

Ишимото и његове колеге анализирали су експерименталне податке о људској сперми и такође су моделирали кретање зелених алги, chlamidomonas. Обоје пливају користећи танке, савијене флагеле које вире из тела ћелије и мењају облик, или се деформишу, да би ћелије померале напред.

Високо вискозне течности обично би распршиле енергију флагела, спречавајући сперму или једноћелијске алге да се крећу довољном брзином. А ипак некако, еластичне флагеле могу да покрећу ове ћелије без изазивања одговора, односно отпора из околине.

Без просипања енергије

Истраживачи су открили да репови сперматозоида и флагеле алги имају „необичну еластичност“, што омогућава овим флексибилним додацима да се врте и крећу без губитка много енергије и њено „просипање“ на околну течност.

Али ово својство чудне еластичности није у потпуности објаснило пропулзију (терање напред) таласастог кретања флагела (бичастих творевина). Дакле, из својих студија, истраживачи су такође извели нови термин – непарни модул еластичности, да опишу унутрашњу посебну механику флагела.

„Од решивих једноставних модела, па до флагела, бичева и ћелија сперме, проучавали смо модул тог чудног савијања и деформисања, да бисмо дешифровали и схватили нелокалне, нереципрочне и нетипичне унутрашње интеракције унутар материјала“, закључују истраживачи.

Налази би могли помоћи у дизајну малих робота који се сами склапају који опонашају живе материјале, док би се методе моделирања могле користити за боље разумевање основних принципа колективног понашања, додају чланови истраживачког тима.

Студија је објављена у PRKS Life.