Mereka harus terjebak.
Cairan pada tingkat mikroskopis tidak seperti kolam tempat Anda bisa menyelam. Lumpurnya kental dan tahan. Jika Anda berhenti mendayung, Anda langsung berhenti bergerak. Tidak ada luncuran. Tidak ada momentum.
Jadi bagaimana sel sperma bisa lolos? Seharusnya tidak bisa.
Sebuah studi baru menunjukkan bahwa mereka melakukannya dengan melanggar aturan yang biasa. Tidak secara harfiah—fisika masih berlaku—tetapi dengan memanfaatkan celah dalam cara kita berpikir tentang energi dan gerak.
Masalah Newton
Hukum ketiga Newton mengatakan aksi sama dengan reaksi. Anda mendorong kelereng, kelereng itu terdorong ke belakang. Sederhana. Simetris.
Sperma berbeda. Mereka adalah “sistem aktif”. Mereka terus-menerus memompa energi mereka sendiri ke dalam gerakan mereka. Mereka bukanlah objek pasif yang terombang-ambing di sungai.
Seperti yang ditulis oleh para peneliti Universitas Kyoto, “Hukum ketiga Newton mungkin melanggar… ketika kita menganggapnya terbuka, dengan energi mekanik yang disuntikkan dari unit aktif mikroskopis.”
Mereka tidak merusak alam semesta. Mereka hanya melakukan sesuatu yang alam semesta tidak harapkan dilakukan oleh objek pasif.
“Dengan kata lain, mereka mengungkapkan apa yang terjadi ketika sistem kehidupan memompa energinya dari dalam.”
Mengapa Hal Kecil Itu Penting
Untuk benda sekecil itu, inersia tidak ada. Viskositas mengatur segalanya. Hal ini menyebabkan masalah yang disebut teorema kerang.
Jika Anda bergerak maju, lalu mundur dengan cara yang persis sama, Anda akan berakhir tepat di tempat Anda memulai. Dalam cairan kental, simetri mematikan gerakan. Untuk pergi ke mana pun, Anda harus mematahkan simetrinya. Pukulan ke depan Anda harus berbeda dengan pukulan ke belakang.
Sperma menggunakan flagela. Ekor tipis dan melambai.
Kebanyakan benda yang melambai, seperti pegas karet, akan patah kembali. Ekor sperma ditenagai oleh motor internal. Motor-motor itu menambah tenaga pada bagian ekornya sendiri. Ekornya menjadi bahan aktif. Tidak pasif. Tidak statis. Hidup dengan energi.
Bagian “Aneh”.
Hal ini membawa kita pada “elastisitas yang ganjil”.
Pada material normal, gaya bersifat timbal balik. Anda mendorong, itu mendorong kembali secara merata. Elastisitas yang aneh merusak bayangan cermin itu. Karena adanya energi dalam, material memberikan respon yang berbeda dengan gaya yang diberikan. Ini tidak bersifat timbal balik.
Ini membantu mempertahankan gelombang bahkan ketika cairan mencoba meredamnya.
Para peneliti menciptakan kerangka matematika untuk hal ini yang disebut elastohidrodinamika ganjil. Kedengarannya berat, namun pada dasarnya memungkinkan para ilmuwan memisahkan apa yang dilakukan cairan dari apa yang dilakukan ekor secara internal. Seret topeng mekanismenya. Kerangka kerja ini mengungkapnya.
Apa yang Mereka Temukan
Mereka menguji model tersebut pada sperma manusia dan ganggang hijau yang disebut Chlamydomonas.
Hasilnya jelas. Dalam sperma, aktivitas internal menciptakan gelombang, sedangkan elastisitas pasif hanya menstabilkannya. Pada alga, elastisitas ganjil secara langsung menggerakkan iramanya.
Artinya ekornya bukan sekadar cambuk. Ini adalah mesin yang memakan energi dan kompleks. Ia menggunakan kekuatan non-timbal balik untuk bergerak di dunia di mana gerakan bolak-balik yang teratur gagal.
Mengapa ini penting?
Ini menjelaskan bagaimana kehidupan bergerak pada skala terkecil. Mungkin juga membantu membuat robot mikroskopis. Mesin yang tidak terjebak dalam lumpur kental tubuh manusia, namun berenang melewatinya dengan efisiensi licik yang sama seperti sel sperma.
Kami pikir kami tahu aturannya. Kita hanya lupa bahwa kehidupan menulis sendiri.
Referensi: “Elastohidrodinamika Aneh: Bahan Hidup Non-Timbal Balik, Kenta Ishimoto dkk., PRX Life.
