Pagal neseniai atliktą tyrimą, apibūdinantį šių lytinių ląstelių ir vienaląsčių dumblių judėjimą, žmogaus spermatozoidai savo rykštėmis primenančiomis uodegomis prasiskverbia per klampius skysčius.
Kioto universiteto matematikas Kenta Ishimoto ir jo kolegos ištyrė šią neabipusę spermos ir kitų mikroskopinių biologinių plaukikų sąveiką, siekdami išsiaiškinti, kaip jie prasiskverbia pro medžiagas, kurios teoriškai turėtų atsispirti jų judėjimui.
Kai 1686 m. Niutonas sugalvojo savo dabar žinomus judėjimo dėsnius, jis siekė paaiškinti ryšį tarp fizinio objekto ir jį veikiančių jėgų keliais tvarkingais principais, kurie, pasirodo, nebūtinai taikomi mikroskopinėms ląstelėms, besisukančioms. lipnūs skysčiai.
Trečiasis Niutono dėsnis gali būti apibendrintas taip: „kiekvienam veiksmui yra lygi ir priešinga reakcija“. Tai reiškia tam tikrą simetriją gamtoje, kai priešingos jėgos veikia viena prieš kitą. Paprasčiausiame pavyzdyje du vienodo dydžio rutuliukai, susidūrę riedant išilgai žemės, perduos savo jėgą ir atšoks pagal šį dėsnį.
Tačiau gamta yra chaotiška, ir ne visas fizines sistemas sieja šios simetrijos. Vadinamoji neabipusė sąveika pasireiškia nepaklusniose sistemose, sudarytose iš būriuojančių paukščių, skysčių dalelių ir plaukiojančių spermatozoidų.
Šie judrūs agentai juda taip, kad parodytų asimetrinę sąveiką su už jų esančiais gyvūnais arba juos supančiais skysčiais, sudarydami spragą vienodoms ir priešingoms jėgoms, kurios aplenktų trečiąjį Niutono dėsnį.
Kadangi paukščiai ir ląstelės generuoja savo energiją, kuri pridedama prie sistemos su kiekvienu sparnų atmušimu ar uodegos plakimu, sistema yra toli nuo pusiausvyros ir negalioja tos pačios taisyklės.
Savo tyrime, paskelbtame 2023 m. spalio mėn., Ishimoto ir jo kolegos išanalizavo eksperimentinius duomenis apie žmogaus spermą ir taip pat modeliavo žaliųjų dumblių judėjimą. Chlamidomonas. Abu plaukia naudodami plonas, lenktas žieveles, kurios išsikiša iš ląstelės kūno ir keičia formą arba deformuojasi, kad ląsteles varytų į priekį.
Labai klampūs skysčiai paprastai išsklaidytų žvynelių energiją, neleisdami spermatozoidui ar vienaląsčiams dumbliams iš viso judėti. Ir vis dėlto tamprios žvyneliai gali varyti šias ląsteles, nesukeldami reakcijos iš jų aplinkos.
Tyrėjai išsiaiškino, kad spermatozoidų uodegos ir dumblių žvyneliai turi „nelyginį elastingumą“, kuris leidžia šiems lankstiems priedams plakti neprarandant daug energijos aplinkiniam skysčiui.
Tačiau ši keisto elastingumo savybė visiškai nepaaiškino varomo judėjimo, atsirandančio dėl bangų pavidalo žvynelinės judėjimo. Taigi, atlikdami modeliavimo tyrimus, mokslininkai taip pat išvedė naują terminą, nelyginį elastingumo modulį, kad apibūdintų vidinę žvynelių mechaniką.
„Nuo išsprendžiamų paprastų modelių iki biologinių vėliavėlių bangų formų Chlamidomonas ir spermatozoidų ląsteles, mes ištyrėme nelyginio lenkimo modulį, kad iššifruotume nevietinę, neabipusę vidinę sąveiką medžiagoje“, – padarė išvadą tyrėjai.
Išvados galėtų padėti kurti mažus, savarankiškai besirenkančius robotus, imituojančius gyvas medžiagas, o modeliavimo metodai galėtų būti naudojami siekiant geriau suprasti pagrindinius kolektyvinio elgesio principus, teigė komanda.
Tyrimas buvo paskelbtas m PRX gyvenimas.
Ankstesnė šio straipsnio versija buvo paskelbta 2023 m. spalio mėn.
