Το ανθρώπινο σπέρμα κινείται μέσα από παχύρευστα υγρά χάρη στην ουρά του, αλλά σύμφωνα με μία νέα μελέτη, αυτό παραβιάζει τον Τρίτο Νόμο του Νεύτωνα ο οποίος ορίζει πως οι δυνάμεις που εξασκούνται από την αλληλεπίδραση δύο σωμάτων είναι πάντα ίσες κατά το μέτρο και αντίθετες κατά τη φορά. Ο Kenta Ishimoto όμως, μαθηματικός του Kyoto University, απέδειξε πως αυτό δεν ισχύει απαραίτητα σε μικροσκοπικά κύτταρα που κινούνται σε κολλώδη υγρά, ερευνώντας το σπέρμα και άλλους μικροσκοπικούς “κολυμβητές” με μη-αμοιβαίες αλληλεπιδράσεις, για να καταλάβει πώς καταφέρνουν να ξεγλιστρούν μέσα από υλικά τα οποία θεωρητικά θα έπρεπε να αντιστέκονται στην κίνησή τους.
Ένα παράδειγμα είναι η πτήση ενός σμήνος πτηνών, το οποίο έχει ασυμμετρικές αλληλεπιδράσεις με τα πτηνά στο πίσω μέρος του σμήνους, παρακάμπτοντας το νόμο του Νεύτωνα. Τα πτηνά παράγουν τη δική τους ενέργεια, η οποία προστίθεται στο σύστημα με κάθε χτύπημα των φτερών τους και έτσι το σύστημα δε βρίσκεται σε ισορροπία, αλλάζοντας τους κανόνες που ισχύουν.
Ο Ishimoto ανέλυσε πειραματικά δεδομένα για το ανθρώπινο σπέρμα και επίσης μοντελοποίησε την κίνηση της πράσινης άλγης, Chlamydomonas. Και τα δύο κολυμπούν χρησιμοποιώντας λεπτά, ελαστικά μαστίγια που προωθούν το σώμα και αλλάζουν σχήμα για να το ωθήσουν μπροστά. Τα υγρά με υψηλό ιξώδες κανονικά θα απορροφούσαν την ενέργεια του μαστιγίου αποτρέποντας την κίνηση του σώματος. Ωστόσο με κάποιον τρόπο, οι ελαστικές ουρές τους προωθούν το σώμα χωρίς να προκαλούν κάποια αντίδραση από το περιβάλλον τους.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν πως οι ουρές του σπέρματος και τα μαστίγια της άλγης έχουν μία “παράξενη ελαστικότητα” η οποία τους επιτρέπει να κινούνται χωρίς να χάνουν πολύ ενέργεια από το υγρό στο οποίο βρίσκονται. Ακόμα κι έτσι όμως, η παράξενη ελαστικότητα δεν εξηγεί πλήρως την κίνηση του σώματος. Έτσι οι ερευνητές δημιούργησαν ένα νέο όρο, το odd elastic modulus, για να περιγράψουν τον εσωτερικό μηχανισμό του μαστιγίου.
Από επιλύσιμα απλά μοντέλα μέχρι τις βιολογικές κυματομορφές του Chlamydomonas και του σπέρματος, μελετήσαμε το odd elastic modulus για να αποκρυπτογραφήσουμε τις μη αμοιβαίες εσωτερικές αλληλεπιδράσεις μέσα στο υλικό.
Τα ευρήματα της έρευνας μπορούν να βοηθήσουν στο σχεδιασμό μικροσκοπικών ρομπότ που μιμούνται ζωντανά υλικά, ενώ οι μέθοδοι μοντελοποίησης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να καταλάβουμε καλύτερα τις βασικές αρχές της συλλογικής συμπεριφοράς.
Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο PRX Life.
