Με τις ουρές τους που μοιάζουν με “μαστίγια” ή “ακτίνες”, τα ανθρώπινα σπερματοζωάρια προωθούνται μέσα σε παχύρρευστα υγρά, φαινομενικά αψηφώντας τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα για την κίνηση, σύμφωνα με μια νέα μελέτη που αφορά στην κίνηση αυτών των γενετικών κυττάρων καθώς και των μονοκύτταρων φυκών.
Η Κέντα Ισιμότο, επιστήμονας μαθηματικών στο Πανεπιστήμιο του Κιότο, και οι συνεργάτες της διερεύνησαν αυτές τις μη αμοιβαίες αλληλεπιδράσεις στο σπέρμα και σε άλλους μικροσκοπικούς βιολογικούς κολυμβητές, για να καταλάβουν πώς γλιστρούν μέσα από ουσίες που θεωρητικά θα έπρεπε να αντιστέκονται στην κίνησή τους.
Όταν ο Νεύτωνας συνέλαβε τους διάσημους πλέον νόμους της κίνησης το 1686, προσπάθησε να εξηγήσει τη σχέση μεταξύ ενός φυσικού αντικειμένου και των δυνάμεων που δρουν πάνω του με μερικές κομψές αρχές που, όπως αποδεικνύεται, δεν ισχύουν απαραίτητα για τα μικροσκοπικά κύτταρα που σέρνονται μέσα σε κολλώδη υγρά.
Ο τρίτος νόμος του Νεύτωνα μπορεί να συνοψιστεί ως εξής: “για κάθε δράση, υπάρχει μια ίση και αντίθετη αντίδραση”. Σηματοδοτεί μια ιδιαίτερη συμμετρία στη φύση, όπου αντίθετες δυνάμεις δρουν η μία εναντίον της άλλης. Στο απλούστερο παράδειγμα, δύο μπίλιες ίσου μεγέθους που συγκρούονται καθώς κυλούν στο έδαφος θα μεταφέρουν τη δύναμή τους και θα αναπηδήσουν με βάση αυτόν τον νόμο.
Ωστόσο, η φύση είναι χαοτική και δεν δεσμεύονται όλα τα φυσικά συστήματα από αυτές τις συμμετρίες. Οι λεγόμενες μη αμοιβαίες αλληλεπιδράσεις εμφανίζονται σε ατίθασα συστήματα που αποτελούνται από σμήνη πουλιών, σωματίδια σε υγρό – και σπέρμα που κολυμπάει.
Αυτοί οι κινούµενοι οργανισµοί κινούνται µε τρόπους που εµφανίζουν ασύµµετρες αλληλεπιδράσεις µε τα ζώα που βρίσκονται πίσω τους ή µε τα υγρά που τους περιβάλλουν, διαµορφώνοντας ένα παραθυράκι για ίσες και αντίθετες δυνάµεις που παρακάµπτουν τον τρίτο νόµο του Νεύτωνα.
Επειδή τα πτηνά και τα κύτταρα παράγουν τη δική τους ενέργεια, η οποία προστίθεται στο σύστημα με κάθε χτύπημα των φτερών τους ή με κάθε χτύπημα της ουράς τους, το σύστημα απομακρύνεται από την ισορροπία και δεν ισχύουν οι ίδιοι κανόνες.
Η Ισιμότο και οι συνεργάτες της ανέλυσαν πειραματικά δεδομένα για το ανθρώπινο σπέρμα και μοντελοποίησαν επίσης την κίνηση των πράσινων φυκών, των Χλαμυδομονάδων (Chlamydomonas). Και τα δύο κολυμπούν χρησιμοποιώντας λεπτές, καμπυλωτές ακτίνες που προεξέχουν από το κυτταρικό σώμα και αλλάζουν σχήμα, ή παραμορφώνονται, για να οδηγήσουν τα κύτταρα προς τα εμπρός.
Τα πολύ παχύρευστα υγρά θα διέλυαν συνήθως την ενέργεια μιας τέτοιας ακτίνας, εμποδίζοντας το σπέρμα ή τα μονοκύτταρα φύκια να κινηθούν πολύ. Και όμως, με κάποιο τρόπο, οι ελαστικές ακτίνες μπορούν να προωθήσουν αυτά τα κύτταρα χωρίς να προκαλέσουν αντίδραση από το περιβάλλον τους.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι ουρές των σπερματοζωαρίων και οι σημαδούρες (ακτίνες) των φυκιών έχουν μια “περίεργη ελαστικότητα”, η οποία επιτρέπει σε αυτά τα εύκαμπτα εξαρτήματα να στροβιλίζονται χωρίς να χάνουν πολλή ενέργεια στο περιβάλλον υγρό.
Αλλά αυτή η ιδιότητα της περίεργης ελαστικότητας δεν εξηγούσε πλήρως την προωθητική κίνηση από την κυματοειδή κίνηση των σημαρούδων – ακτίνων. Έτσι, από τις μελέτες μοντελοποίησής τους, οι ερευνητές κατέληξαν επίσης σε έναν νέο όρο, ένα περίεργο μέτρο ελαστικότητας, για να περιγράψουν την εσωτερική μηχανική των ακτίνων.
“Από τα επιλύσιμα απλά μοντέλα μέχρι τις βιολογικές κυματομορφές των σημαιοφόρων για τα κύτταρα των χλαμυδομονάδων και των σπερματοζωαρίων, μελετήσαμε το μέτρο περιττής κάμψης για να αποκρυπτογραφήσουμε τις μη τοπικές, μη αμοιβαίες εσωτερικές αλληλεπιδράσεις μέσα στο υλικό”, καταλήγουν οι ερευνητές.
Τα ευρήματα θα μπορούσαν να βοηθήσουν στο σχεδιασμό μικρών, αυτοσυναρμολογούμενων ρομπότ που μιμούνται ζωντανά υλικά, ενώ οι μέθοδοι μοντελοποίησης θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την καλύτερη κατανόηση των υποκείμενων αρχών της συλλογικής συμπεριφοράς, προσθέτει η ομάδα.
sciencealert – Η μελέτη έχει δημοσιευτεί στο PRX Life
Ο πλανήτης δεν κάνει τίποτα άλλο από το να μας στηρίζει και εμείς διαπράττουμε συνεχώς εγκλήματα κατά της φύσης.
— Δάφνη Ζουνίγκα
