Sa svojim repovima nalik na bičeve, ljudska sperma se kreće kroz viskozne tečnosti, naizgled prkoseći Njutnovom trećem zakonu kretanja, tvrdi se u novoj studiji koja karakteriše kretanje ovih polnih ćelija i jednoćelijskih algi.
Kenta Ishimoto, matematičar sa Univerziteta Kyoto, i njegove kolege istraživali su ove nerecipročne interakcije u spermi i drugim mikroskopskim biološkim plivačima, kako bi otkrili kako se oni provlače kroz supstance koje bi se, u teoriji, trebale oduprijeti njihovom kretanju.
Kada je Njutn osmislio svoje sada čuvene zakone kretanja 1686., pokušao je da objasni odnos između fizičkog objekta i sila koje djeluju na njega sa nekoliko zgodnih principa koji se, ispostavilo se, ne primenjuju nužno na mikroskopske ćelije koje se vijugaju kroz ljepljive tečnosti, piše Science Alert.
Treći Newtonov zakon može se sažeti kao "za svaku akciju postoji jednaka i suprotna reakcija". Označava posebnu simetriju u prirodi gdje suprotstavljene sile djeluju jedna protiv druge. U najjednostavnijem primjeru, dva klikera jednake veličine koja se sudaraju dok se kotrljaju po tlu će prenijeti svoju silu i odskočiti na osnovu ovog zakona.
Međutim, priroda je haotična i nisu svi fizički sistemi vezani ovim simetrijama. Takozvane nerecipročne interakcije pojavljuju se u neposlušnim sistemima koji se sastoje od ptica u jatu, čestica u tečnosti – i plivajuće sperme.
Ovi pokretni agensi se kreću na načine koji pokazuju asimetrične interakcije sa životinjama iza njih ili sa fluidima koji ih okružuju, formirajući rupu za jednake i suprotne sile da zaobiđu Njutnov treći zakon.
Budući da ptice i ćelije stvaraju sopstvenu energiju, koja se dodaje sistemu svakim zamahom njihovih krila ili mahanjem repa, sistem je potisnut daleko od ravnoteže i ne važe ista pravila.
Ishimoto i kolege analizirali su eksperimentalne podatke o ljudskoj spermi, a također su modelirali kretanje zelenih algi, Chlamydomonas. Oboje plivaju koristeći tanke, savijene flagele koje strše iz tijela ćelije i mijenjaju oblik, ili se deformiraju, kako bi tjerale ćelije naprijed.
Visoko viskozne tečnosti obično bi raspršile energiju bičaka, sprečavajući spermu ili jednoćelijske alge da se mnogo kreću. A ipak nekako, elastične flagele mogu potaknuti ove ćelije bez izazivanja odgovora iz okoline.
Istraživači su otkrili da repovi sperme i flagele algi imaju "neobičnu elastičnost", što omogućava ovim fleksibilnim dodacima da se vrte bez gubitka puno energije na okolnu tekućinu.
Ali ovo svojstvo neobične elastičnosti nije u potpunosti objasnilo propulziju talasastog kretanja flagele. Dakle, iz svojih studija modeliranja, istraživači su također izveli novi termin, neparni modul elastičnosti, kako bi opisali unutrašnju mehaniku flagela.
"Od rješivih jednostavnih modela do bioloških flagelarnih valnih oblika za Chlamydomonas i ćelije sperme, proučavali smo modul neparnog savijanja kako bismo dešifrirali nelokalne, nerecipročne unutrašnje interakcije unutar materijala", zaključuju istraživači.
Nalazi bi mogli pomoći u dizajnu malih robota koji se sami sklapaju koji oponašaju žive materijale, dok bi se metode modeliranja mogle koristiti za bolje razumijevanje osnovnih principa kolektivnog ponašanja, dodaje tim.
