Sie sollten stecken bleiben.
Flüssigkeiten auf mikroskopischer Ebene sind kein Becken, in das man eintauchen kann. Es handelt sich um dicken, widerstandsfähigen Schlamm. Wenn Sie mit dem Paddeln aufhören, hören Sie sofort auf, sich zu bewegen. Es gibt kein Gleiten. Kein Schwung.
Wie dringt eine Samenzelle durch? Es sollte nicht möglich sein.
Eine neue Studie legt nahe, dass sie dies tun, indem sie gegen die üblichen Regeln verstoßen. Nicht im wörtlichen Sinne – die Physik gilt immer noch –, sondern indem wir eine Lücke in unserer Denkweise über Energie und Bewegung ausnutzen.
Das Newton-Problem
Newtons drittes Gesetz besagt, dass Aktion gleich Reaktion ist. Sie schieben eine Murmel, sie stößt zurück. Einfach. Symmetrisch.
Spermien sind unterschiedlich. Sie sind „aktive Systeme“. Sie pumpen ständig ihre eigene Energie in ihre Bewegung. Sie sind keine passiven Objekte, die in einem Strom schaukeln.
Wie die Forscher der Universität Kyoto schreiben: „Das dritte Newtonsche Gesetz verstößt möglicherweise gegen … wenn wir es als einen offenen Zustand betrachten, bei dem mechanische Energie von mikroskopisch kleinen aktiven Einheiten injiziert wird.“
Sie zerstören nicht das Universum. Sie tun einfach etwas, was das Universum von passiven Objekten nicht erwartet.
„Mit anderen Worten: Sie offenbaren, was passiert, wenn lebende Systeme ihre Energie aus dem Inneren pumpen.“
Warum Kleinigkeiten wichtig sind
Für etwas so Kleines gibt es keine Trägheit. Die Viskosität bestimmt alles. Dies führt zu einem Problem namens Scallop-Theorem.
Wenn Sie vorwärts gehen und dann genauso zurückgehen, landen Sie genau dort, wo Sie begonnen haben. In dicker Flüssigkeit tötet Symmetrie die Bewegung. Um irgendwohin zu gelangen, muss man die Symmetrie durchbrechen. Ihr Vorwärtsschlag muss sich von Ihrem Rückwärtsschlag unterscheiden.
Spermien verwenden Flagellen. Dünne, wehende Schwänze.
Die meisten Dinge, die sich bewegen, wie zum Beispiel eine Gummifeder, schnappen einfach zurück. Spermienschwänze werden von internen Motoren angetrieben. Diese Motoren versorgen das Heck selbst mit Energie. Der Schwanz wird zum aktiven Material. Nicht passiv. Nicht statisch. Lebendig mit Energie.
Der „seltsame“ Teil
Dies bringt uns zu „seltsamer Elastizität“.
In normalen Materialien ist die Kraft reziprok. Du drückst, es drückt gleichermaßen zurück. Eine seltsame Elastizität zerstört dieses Spiegelbild. Aufgrund der inneren Energie reagiert das Material anders als die ausgeübte Kraft. Es ist nicht reziprok.
Es trägt dazu bei, Wellen aufrechtzuerhalten, auch wenn die Flüssigkeit versucht, sie zu dämpfen.
Die Forscher haben dafür ein mathematisches Rahmenwerk namens ungerade Elastohydrodynamik erstellt. Es klingt schwer, aber im Grunde ermöglicht es den Wissenschaftlern, zu unterscheiden, was die Flüssigkeit tut, und was der Schwanz im Inneren tut. Ziehen maskiert die Mechanik. Dieses Framework deckt es auf.
Was sie gefunden haben
Sie testeten das Modell an menschlichen Spermien und einer Grünalge namens Chlamydomonas.
Die Ergebnisse waren eindeutig. Bei Spermien erzeugt die innere Aktivität die Welle, während passive Elastizität sie lediglich stabilisiert. Bei der Alge treibt die seltsame Elastizität direkt den Schlag an.
Das bedeutet, dass der Schwanz nicht nur eine Peitsche ist. Es handelt sich um einen komplexen, energieverbrauchenden Motor. Es nutzt nicht reziproke Kräfte, um sich in einer Welt zu bewegen, in der normale Hin- und Herbewegungen versagen.
Warum ist das wichtig?
Es erklärt, wie sich das Leben im kleinsten Maßstab bewegt. Es könnte auch dabei helfen, mikroskopisch kleine Roboter zu bauen. Maschinen, die nicht im zähen Schlamm des menschlichen Körpers stecken bleiben, sondern mit der gleichen raffinierten Effizienz wie eine Samenzelle hindurchschwimmen.
Wir dachten, wir kennen die Regeln. Wir haben einfach vergessen, dass das Leben sein eigenes Leben schreibt.
Referenz: „Odd Elastohydrodynamics: Non-Reciprocal Living Material, Kenta Ishimoto et al., PRX Life.
