Ljudski spermatozoidi se uz pomoć svojih repova koji nalikuju na bič uspješno kreću kroz viskozne tekućine i tako naizgled prkose Newtonovom trećem zakonu gibanja, ustanovili su znanstvenici. Kenta Ishimoto, matematičar na Sveučilištu Kyoto, i njegovi kolege istraživali su interakcije u spermi i drugim mikroskopskim biološkim "plivačima" kako bi otkrili kako klize kroz tvari koje bi se, u teoriji, trebale opirati njihovom kretanju.
Kad je Newton 1686. osmislio zakone gibanja, pokušao je objasniti odnos između fizičkog objekta i sila koje na njega djeluju. Pritom je uspostavio nekoliko načela ili zakona koji se izgleda ne moraju nužno odnositi na gibanja mikroskopskih stanica. Naime, prema Newtonovom trećem zakonu (Zakon akcije i reakcije), ako jedno tijelo djeluje silom na drugo, tada i to drugo tijelo djeluje silom na ono prvo.
Te dvije sile jednakog su iznosa, na istome su pravcu, ali su suprotne orijentacije. Međutim, priroda zna biti kaotična te se u nekim sustavima pojavljuju takozvane nerecipročne interakcije. Ovaj fenomen se može zabilježiti u jatima ptica, česticama u tekućini, ali i u spermi.
Moćne flagele
Budući da ptice i stanice stvaraju vlastitu energiju, koja se dodaje sustavu svakim zamahom njihovih krila ili repa, sustav više nije u ravnoteži te ne vrijede ista pravila. Ishimoto i kolege analizirali su eksperimentalne podatke o ljudskim spermijima i modelirali kretanje zelene alge Chlamydomonas.
Oboje plivaju pomoću tankih flagela koje strše iz stanice te pomoću promjene oblika ili deformacije guraju stanice naprijed. Visoko viskozne tekućine bi trebale raspršiti energiju flagela i spriječiti kretanje spermija ili jednostaničnih algi. No to se ipak ne zbiva i savitljive flagele uspijevaju pokrenuti stanice bez izazivanja odgovora iz okoline, piše Science Alert.
Neobičan modul elastičnosti
Znanstvenici su otkrili da rep spermija i flagele algi imaju čudno svojstvo elastičnosti što im omogućuje da se pokreću a da pritom ne izgube puno energije. No čak ni to ne objašnjava u potpunosti pogon valovitog gibanja flagele. Stoga su znanstvenici iz svojih studija modela izveli novi termin - neobičan modul elastičnosti - kako bi točnije opisali unutarnju mehaniku flagela.
"Kroz jednostavne rješive modele i analizu valnih oblika Chlamydomonas flagela i eksperimentalnih podataka za ljudsku spermu, pokazali smo široku primjenjivost nelokalnog i nerecipročnog opisa unutarnjih interakcija unutar živih materijala u viskoznim tekućinama, nudeći jedinstveni okvir za fiziku aktivnih i živih tvari", navode znanstvenici u studiji.
Istraživanje Odd Elastohydrodynamics: Non-Reciprocal Living Material in a Viscous Fluid objavljeno je u časopisu PRX Life.