Bilim İnsanları Temel Fizik Kurallarına Meydan Okuyan Spermleri Yakaladı
İnsan spermleri, kırbaç benzeri kuyruklarıyla Newton’un üçüncü hareket yasasına meydan okuyarak viskoz sıvılarda yüzerler.
Matematik bilimci Kenta Ishimoto ve Kyoto Üniversitesi’ndeki meslektaşları, teorik olarak hareketlerine direnmesi gereken malzemelerden nasıl geçtiklerini anlamak için sperm ve diğer küçük biyolojik yüzücülerdeki bu tekrarlanmayan etkileşimleri araştırdı.
Newton ünlü hareket yasalarını 1686 yılında tasarladı. Fiziksel nesneler ve onlara etki eden kuvvetler arasındaki ilişkiyi bazı düzgün ilkelerle açıklamaya çalışmış, ancak bunların viskoz bir sıvı içinde kıvranan küçük hücreler için geçerli olmadığını görmüştür.
Newton’un üçüncü yasası ‘her etki için eşit ve zıt bir tepki vardır’ şeklinde özetlenebilir. Bu, karşıt güçlerin birbirleri üzerinde etkili olduğu doğadaki belirli bir simetriyi ifade eder. En basit örnekte, aynı büyüklükteki iki top yerde yuvarlanıp çarpıştığında, kuvvetler bu yasaya göre iletilir veya itilir.
Ancak doğal dünya kaotiktir ve tüm fiziksel sistemler bu tür simetrilere uymaz. Kuş sürüleri, sıvılardaki parçacıklar ve yüzen spermler gibi asi sistemlerde etkileşimsizlikler meydana gelir.
Bu hareketli cisimler, Newton’un üçüncü yasasının üstesinden gelmek için eşit derecede zıt kuvvet alanları yaratarak arkalarındaki hayvanlar ve çevreleyen sıvı ile asimetrik olarak etkileşime girer.
Kuşlar ve hücreler kanatlarını her çırptıklarında veya kuyruklarını her salladıklarında enerji üretirler ve bu enerji sisteme eklenir, bu nedenle sistem denge dışındadır ve aynı yasalar geçerli değildir.
Ishimoto ve meslektaşları insan spermi üzerindeki deneysel verileri analiz etmiş ve ayrıca yeşil alg Chlamydomonas’ın hareketini modellemiştir. Her ikisi de hücre gövdesinden çıkıntı yapan ve hücreyi ileri doğru hareket ettirmek için şekil değiştiren veya deforme olan ince, kavisli kamçı kullanarak yüzer.
Viskoz sıvılar normalde kamçı enerjisini dağıtarak sperm ve tek hücreli alglerin önemli ölçüde hareket etmesini engeller. Ancak elastik kamçı, hücrelerin çevreden herhangi bir tepki almadan ilerlemesini sağlar.
Araştırmacılar, sperm kuyruklarının ve alg kamçısının, bu esnek uzantıların çevreleyen sıvıya fazla enerji kaybetmeden kırbaçlanmasına izin veren ‘garip bir esnekliğe’ sahip olduğunu bulmuşlardır.
Ancak, bu garip esneklik tek başına flagellumun dalga benzeri hareketi tarafından üretilen itici gücü tam olarak açıklayamıyordu. Bu nedenle araştırmacılar, modellemeye dayalı olarak, kamçının iç dinamiklerini tanımlamak için yeni bir terim olan ‘garip modül’ terimini de yarattılar.
‘Basit çözülebilir modellerden Chlamydomonas ve sperm hücrelerindeki biyolojik kamçıların dalga biçimlerine kadar, garip bükülme modülü malzeme içindeki yerel olmayan, tekrar etmeyen iç etkileşimleri deşifre etmemizi sağladı’ dediler.
Ekip, bulgularının biyolojik malzemeleri taklit eden küçük, kendi kendini monte eden robotların tasarımına yardımcı olabileceğini ve modelleme tekniklerinin kolektif davranışın altında yatan ilkelerin daha iyi anlaşılmasını sağlayabileceğini ekliyor.
Derleyen: Deniz KAFKAS
Kaynak: Bilim İnsanları Temel Fizik Kurallarına Meydan Okuyan Spermleri Yakaladı
Yeni Hesaplamalara Göre, Gökyüzünde Kum Tanelerinden ya da Yıldızlardan Daha Fazla Canlı Hücre Var.