💡 Zhrnutie pre tých, ktorí rýchlo scrollujú:
- Vedci zistili, že spermie plávajú spôsobom, ktorý porušuje Newtonov tretí zákon.
- Vďaka „divnej elasticite“ sa dokážu pohybovať aj v hustých tekutinách.
- Tento fenomén môže pomôcť pri vývoji mikrorobotov napodobňujúcich živé bunky.
Sir Isaac Newton napísal svoje legendárne zákony pohybu ešte v roku 1686. Chcel nimi vysvetliť, ako sa fyzické objekty hýbu v reakcii na sily, ktoré na ne pôsobia. Jeho tretí zákon, že „každá akcia vyvoláva rovnakú a opačnú reakciu“, sa stal základom fyziky. Lenže ako sa ukazuje, pre spermie to zrejme neplatí, píše portál ScienceAlert.
Tím vedený Kenta Ishimotom, matematickým vedcom z Kyoto University, skúmal, ako sa spermie a iné mikroskopické organizmy pohybujú cez viskózne, lepkavé prostredia. Podľa klasickej fyziky by husté tekutiny mali ich pohyb výrazne spomaliť, no nestalo sa tak.
Fyzika na mikroskopickej úrovni má svoje výnimky
„Newtonov tretí zákon predpokladá symetriu v prírode,“ vysvetľuje Ishimoto. „Ale v mikrosvete existujú systémy, ktoré sa správajú asymetricky.“
Takéto systémy, nazývané nerecipročné interakcie, sa vyskytujú v skupinách vtákov, častíc v kvapalinách či u plávajúcich spermií. Pretože tieto živé organizmy vytvárajú vlastnú energiu, systém sa dostáva mimo rovnováhy a klasické pravidlá prestávajú fungovať.
Spermie s divnou elasticitou
Vo svojom výskume publikovanom v októbri 2023 v magazíne PRX Life vedci analyzovali experimentálne dáta o pohybe ľudských spermií a modelovali aj zelené riasy Chlamydomonas. Obe používajú na pohyb tenké chvostíky (bičíky), ktoré sa ohýbajú a vlnia, čím poháňajú bunku dopredu.
V bežných podmienkach by husté tekutiny pohltili väčšinu energie z týchto bičíkov, no výskum ukázal, že spermie majú schopnosť takzvanej „odd elasticity“, zvláštnej elasticity, ktorá im umožňuje hýbať sa efektívne bez straty energie.
Divný modul pružnosti
Vedci išli ešte ďalej. Zistili, že samotná „divná elasticita“ nestačí na vysvetlenie ich pohybu. Preto definovali nový pojem „odd elastic modulus“, teda divný modul pružnosti. Tento parameter popisuje vnútorné mechaniky bičíkov a spôsob, akým generujú pohyb, bez toho, aby vyvolávali očakávanú fyzikálnu odozvu okolia.
„Od jednoduchých modelov po biologické bičíkové vlny sme skúmali, ako tento ‘divný ohybový modul’ vysvetľuje vnútorné, nerecipročné interakcie v materiáli,“ uviedli výskumníci v štúdii.
Zistenia tímu môžu mať oveľa širší dopad než len na biológiu. Podľa autorov štúdie by tento princíp mohol pomôcť pri vývoji malých, samostatne sa pohybujúcich robotov, ktorí by napodobňovali správanie živých buniek. Tieto mikroroboty by sa mohli využívať napríklad v medicíne či vo výskume tekutých prostredí.