Bilim insanları, temel fizik kanunlarına meydan okuyan spermi keşfetti: ScienceAlert

Bu cinsiyet hücrelerinin ve tek hücreli alglerin hareketini karakterize eden yeni bir çalışmaya göre, kırbaç benzeri kuyruklarıyla insan spermleri, görünüşe göre Newton'un üçüncü hareket yasasına meydan okuyarak, yapışkan sıvılar boyunca kendilerini itiyor.

Kyoto Üniversitesi'nden matematikçi Kenta Ishimoto ve meslektaşları, teorik olarak hareketlerine direnmesi gereken malzemeler arasında nasıl kaydıklarını öğrenmek için spermlerdeki ve diğer mikroskobik biyolojik yüzücülerdeki bu karşılıklı olmayan etkileşimleri araştırdılar.

Newton şimdi ünlü olanını tasarladığında Hareket kanunları 1686'da, fiziksel bir cisim ile ona etki eden kuvvetler arasındaki ilişkiyi bazı kesin ilkelerle açıklamaya çalıştı; bu ilkelerin, viskoz sıvılar içinde kıvranan mikroskobik hücreler için mutlaka geçerli olmadığı ortaya çıktı.

Newton'un üçüncü yasası şu şekilde özetlenebilir: “Her etki için eşit ve zıt bir tepki vardır.” Doğada karşıt güçlerin birbirine karşı çalıştığı belirli bir simetriyi ifade eder. En basit örnekte, eşit büyüklükteki iki bilyenin yerde yuvarlanırken çarpışması, bu yasaya göre kuvvetlerini aktaracak ve sıçrayacaktır.

Ancak doğa dağınıktır ve… Tüm sistemler fiziksel değildir Bu simetrilere bağlıyız. Kuş sürülerinden oluşan vahşi sistemlerde sözde karşılıklı olmayan etkileşimler ortaya çıkar. Bir sıvıdaki parçacıklar -Ve sperm yüzüyor.

Bu hareket eden maddeler, arkalarındaki hayvanlarla veya onları çevreleyen sıvılarla asimetrik etkileşimler sergileyecek şekilde hareket ederek, eşit ve zıt kuvvetler için Newton'un üçüncü yasasını aşmak için bir boşluk yaratır.

Çünkü kuşlar ve hücreler Kendi enerjisini üretiyorHer kanat çırpışında veya kuyruğunun her vuruşunda sisteme eklenen bu hareket, sistem dengesinin daha da dışına itilir ve aynı kurallar geçerli olmaz.

Ekim ayında yayınlanan çalışmalarında Ishimoto ve meslektaşları, insan spermi üzerindeki deneysel verileri analiz etti ve aynı zamanda spermin hareketini de modelledi. Yeşil alg, Klamidomonas. Her ikisi de ince ve esnek bir vücut kullanarak yüzüyorlar Kamçılı Hücre gövdesinden çıkıntı yapan ve hücreleri ileri itmek için şekil değiştiren veya deforme olan.

Yüksek viskoziteli sıvılar Normalde flagella'nın enerjisi dağılır ve spermin veya tek hücreli alglerin fazla hareket etmesi engellenir. Bununla birlikte, bir şekilde esnek flagellum, çevredeki ortamdan bir tepki almadan bu hücreleri itebilir.

Araştırmacılar spermin kuyruklarının ve alg filolarının“garip esneklik”Bu esnek uzantıların çevredeki sıvıya fazla enerji kaybetmeden hareket etmesine izin veriyor.

Ancak bu garip elastik özellik, kamçının dalga hareketinin yarattığı itici gücü tam olarak açıklamıyordu. Bu nedenle, modelleme çalışmalarından araştırmacılar, kamçının iç mekaniğini tanımlamak için eksantrik elastikiyet modülü adlı yeni bir terim de türetmişlerdir.

“Basit çözülebilir modellerden biyolojik flagellar dalga formlarına kadar Klamidomonas “Ve sperm hücrelerinde, malzeme içindeki yerel olmayan, karşılıklı olmayan iç etkileşimleri deşifre etmek için bireysel eğrilik modülünü inceledik.” bitirdim.

Sonuçlar küçük tasarımlara yardımcı olabilir, Kendiliğinden birleşen robotlar Canlı malzemeleri taklit eden modelleme yöntemleri, kolektif, takım davranışının temel ilkelerini daha iyi anlamak için kullanılabilir. dedi ki.

Çalışma şu tarihte yayınlandı: Hyatt PRX.

Bu makalenin önceki bir sürümü Ekim 2023'te yayınlanmıştı.