Az emberi spermium megszegi a fizika egyik legfontosabb mozgástörvényét

A spermiumok farkában és az algák flagellájában azonosított különös rugalmasságnak köszönhető, hogy ezek a sejtek jelentősebb energiaveszteség nélkül képesek áthaladni a folyadékokon. A felfedezés segíthet önszerveződő robotok építésében is.

A Kiotói Egyetemen Kenta Ishimoto és csapata által végzett kutatás érdekes felfedezéssel zárult: Newton harmadik mozgástörvénye, amely szerinte a természet szimmetriájának az alapját is képezi, mégsem olyan univerzális, mint gondoltuk. A törvényt ugyanis nem teljesen „tartják be” a ragadós környezetben haladó mikroszkopikus entitások.

Ishimoto kutatásai a nem kölcsönös kölcsönhatásokat írták le, vagyis azon jelenségeket, ahol az aszimmetrikus mozgások dacolnak Newton elveivel. Ilyen viselkedés figyelhető meg több kaotikus rendszerben is: örvénylő madárrajok vagy az úszó spermiumok eseteiben. Ellentétben a jól ismert iskolai példákkal, amikor is az egymásról visszapattanó egyenlő méretű golyókkal Newton törvényét demonstrálják, ezek a biológiai ágensek messze nem ennyire kiegyensúlyozottak.

Az emberi spermiumok és zöldalgák elemzése során a tudósok ugyanis felfedezték a fentebb már említett különös rugalmasságot, aminek köszönhetően ezek a sejtek hatékonyan képesek mozogni a nagyon viszkózus folyadékokban. A hatékonyság ebben az esetben azt jelenti, hogy a mozgás jelentősebb energiaveszteség nélkül megy végbe, dacára annak, hogy Newton törvénye alapján nem ez lenne a helyzet ebben a környezetben. A különös rugalmasság tehát épp ezt magyarázza, mivel ez teszi lehetővé a sejtek számára, hogy energiaveszteség nélkül mozgassák a flagellákat, illetve az egyéb mozgást segítő sejtnyúlvánokat egy jelentős ellenállást kifejtő közegben.

Minél magasabb egy sejt páratlan rugalmassági pontszáma (vagy páratlan rugalmassági modulusa), a flagellum annál inkább képes hullámzásra jelentősebb energiaveszteség nélkül, és így a sejt hatékonyabban tud előre haladni – a fizikát megszegő módon.

A spermiumok és az algák nem az egyetlen sejtek, amelyekben flagellum található – sok mikroorganizmus rendelkezik hasonló nyúlvánnyal –, ami azt jelenti, hogy jó eséllyel ezek is képesek hasonló trükkre, tehát Newton harmadik törvényének a „megszegésére”.