Spermatozoizii umani se propulsează prin fluide vâscoase, aparent sfidând cea de-a treia lege a mișcării a lui Newton. Acest lucru a fost constatat de un nou studiu care caracterizează mișcarea acestor celule sexuale și a algelor unicelulare, conform Science Alert.
Kenta Ishimoto, un om de știință matematician la Universitatea din Kyoto, și colegii săi au investigat aceste interacțiuni non-reciproce în spermatozoizi și în alți înotători biologici microscopici. Cercetătorii și-au dat seama că spermatozoizii se strecoară prin substanțe care ar trebui, în teorie, să reziste mișcării lor.
Newton a conceput celebrele legi ale mișcării în 168. El a căutat să explice relația dintre un obiect fizic și forțele care acționează asupra acestuia cu câteva principii clare. Se pare, totuși, că acestea nu se aplică neapărat celulelor microscopice care trec prin fluide lipicioase.
A treia lege a lui Newton poate fi rezumată ca „pentru fiecare acțiune, există o reacție egală și opusă”.
Ea semnifică o anumită simetrie în natură în care forțele opuse acționează una împotriva celeilalte. De exemplu, două bile de dimensiuni egale care se ciocnesc de-a lungul solului își vor transfera forța și vor reveni pe baza acestei legi.
Cu toate acestea, natura este haotică și nu toate sistemele fizice sunt legate de aceste simetrii. Așa-numitele interacțiuni non-reciproce apar în sistemele rebele alcătuite din stoluri de păsări care fac coregrafii în zbor, particule în fluid și spermatozoizi.
Spermatozoizii sfidează a treia lege a lui Newton
Acești agenți mobili se mișcă în moduri care afișează interacțiuni asimetrice cu animalele din spatele lor sau cu fluidele care îi înconjoară. Se formează astfel un gol ce sfidează cea de-a treia lege a lui Newton.
Deoarece păsările și celulele își generează propria energie, care se adaugă în sistem cu fiecare batăre a aripilor sau bici al cozii, sistemul este împins departe de echilibru și nu se aplică aceleași reguli.
Ishimoto și colegii săi au analizat date experimentale despre spermatozoizii umani. De asemenea, ei au modelat mișcarea algelor verzi, Chlamydomonas. Ambele înoată folosind flageli subțiri și curbați. Ei ies din corpul celular și își schimbă forma pentru a conduce celulele înainte.
Fluidele foarte vâscoase ar disipa de obicei energia unui flagel, împiedicând mișcarea spermatozoizilor sau algelor unicelulare. Și totuși, cumva, flagelul elastic poate propulsa aceste celule fără a provoca un răspuns din jur.
„Elasticitate ciudată”
Cercetătorii au descoperit că cozile spermatozoizilor și flagelele de alge au o „elasticitate ciudată”. Astfel, aceste anexe au posibilitatea să se rotească fără a pierde multă energie în fluidul din jur.
Dar această proprietate de elasticitate ciudată nu a explicat pe deplin propulsia din mișcarea ondulatorie a flagelului. Deci, din studiile lor de modelare, cercetătorii au derivat și un nou termen, un modul elastic ciudat, pentru a descrie mecanica internă a flagelilor.
Descoperirile ar putea ajuta la proiectarea unor roboți mici, auto-asamblați, care imită materialele vii, în timp ce metodele de modelare ar putea fi folosite pentru a înțelege mai bine principiile care stau la baza comportamentului colectiv, adaugă echipa.
