Formując swoje słynne prawa ruchu w 1686 r., Isaac Newton starał się wyjaśnić związek między obiektem fizycznym a działającymi na niego siłami. Dr Kenta Ishimoto z Kyoto University postanowił zbadać, w jaki sposób męskie komórki płciowe prześlizgują się przez substancje, które teoretycznie powinny opierać się ich ruchowi. Ich zachowanie wydaje się być sprzeczne z trzecią zasadą dynamiki, ale tylko na pozór. W czasopiśmie PRX Life ujawniono niezwykłe zachowanie męskich komórek płciowych.
Plemniki i ich dziwna elastyczność
Trzecia zasada dynamiki Newtona mówi, że gdy ciało A działa na ciało B pewną siłą, to ciało B oddziałuje na ciało A siłą o tej samej wartości, tym samym kierunku, ale przeciwnym zwrocie. Można ją uprościć do często powtarzanego stwierdzenia, że każda akcja wywołuje reakcję. Oznacza to, że w przyrodzie istnieje szczególna symetria, ale nie wszystkie systemy fizyczne są nimi ograniczone.
Czytaj też: Podręczniki do poprawki. Podstawowe prawo fizyki źle przetłumaczone
W przyrodzie trzecia zasada dynamiki jest często omijana przez układy biologiczne, które ewoluowały w sposób pozwalający im oszczędzać energię, co z kolei oznacza, że nie potrzebują tak dużo jedzenia, aby przeżyć. Tzw. interakcje niewzajemne występują w układach chaotycznych, m.in. stadach ptaków, cząstkach w płynie czy poruszających się plemnikach.
Naukowcy przeanalizowali dane eksperymentalne dotyczące ludzkich plemników, a także stworzyli model ruchu zawłotni (rodzaj glonów). Pływają one dzięki cienkiej, sprężystej wici, która wyrasta z ciała komórki i zmieniając kształt napędza je do przodu. Ujawnili, że wici te mają niezwykłą cechę, którą nazwali “dziwną elastycznością”. Pozwala im ona falować bez utraty dużej ilości energii na rzecz otaczającego płynu.
Ale dziwna elastyczność nie wyjaśnia w pełni napędu wynikającego z falowego ruchu wici, więc na podstawie modeli matematycznych wprowadzono także inny termin, tzw. dziwny moduł sprężystości. Im jest on wyższy, tym bardziej wić może falować, a otaczająca jej ciecz nie tłumi tego ruchu. To właśnie dzięki temu zjawisku, plemnik porusza się do przodu w drogach rodnych w stronę komórki jajowej, nie przesuwając cieczy do tyłu.
Czytaj też: Męska pigułka antykoncepcyjna coraz bliżej. Plemniki wyłączane “na żądanie”?
Plemniki i glony nie są jedynymi komórkami posiadającymi wici – wiele mikroorganizmów je ma, więc zjawisko dziwnej elastyczności jest prawdopodobnie powszechniejsze, niż nam się wydawało. Odkrycia mogą pomóc w projektowaniu małych, samoorganizujących się robotów naśladujących żywe materiały, a metody modelowania można wykorzystać do lepszego zrozumienia podstawowych zasad zachowań zbiorowych.