Dovrebbero essere bloccati.
I fluidi a livello microscopico non sono come una piscina in cui puoi tuffarti. Sono fanghi densi e resistenti. Se smetti di remare, smetti di muoverti immediatamente. Non c’è planata. Nessuno slancio.
Allora come fa uno spermatozoo a passare? Non dovrebbe essere in grado di farlo.
Un nuovo studio suggerisce che lo fanno infrangendo le solite regole. Non letteralmente – vale ancora la fisica – ma sfruttando una lacuna nel modo in cui pensiamo all’energia e al movimento.
Il problema di Newton
La terza legge di Newton dice che l’azione è uguale alla reazione. Se spingi una biglia, essa si respinge. Semplice. Simmetrico.
Gli spermatozoi sono diversi. Sono “sistemi attivi”. Pompano costantemente la propria energia nel loro movimento. Non sono oggetti passivi che galleggiano in un flusso.
Come scrivono i ricercatori dell’Università di Kyoto, “la terza legge di Newton potrebbe violare… quando la consideriamo come un sistema aperto, con energia meccanica iniettata da microscopiche unità attive”.
Non stanno distruggendo l’universo. Stanno semplicemente facendo qualcosa che l’universo non si aspetta che gli oggetti passivi facciano.
“In altre parole, rivelano cosa succede quando i sistemi viventi pompano la loro energia dall’interno.”
Perché Tiny Matters
Per qualcosa di così piccolo, l’inerzia non esiste. La viscosità governa tutto. Ciò porta a un problema chiamato teorema della capesante.
Se vai avanti e poi torni indietro esattamente nello stesso modo, ti ritroverai esattamente al punto di partenza. Nel fluido denso, la simmetria uccide il movimento. Per andare ovunque, devi rompere la simmetria. Il tuo colpo in avanti deve essere diverso da quello all’indietro.
Gli spermatozoi usano flagelli. Code sottili e ondulate.
La maggior parte delle cose che ondeggiano, come una molla di gomma, ritornano indietro. Le code degli spermatozoi sono alimentate da motori interni. Quei motori aggiungono energia alla coda stessa. La coda diventa un materiale attivo. Non passivo. Non statico. Vivo di energia.
La parte “strana”.
Questo ci porta alla “strana elasticità”.
Nei materiali normali la forza è reciproca. Tu spingi, lui respinge allo stesso modo. La strana elasticità rompe quell’immagine speculare. A causa dell’energia interna, il materiale risponde in modo diverso rispetto alla forza applicata. Non è reciproco.
Aiuta a sostenere le onde anche quando il fluido cerca di smorzarle.
I ricercatori hanno creato un quadro matematico per questo chiamato elastoidrodinamica dispari. Sembra pesante, ma in pratica consente agli scienziati di separare ciò che fa il fluido da ciò che fa la coda internamente. Il trascinamento maschera la meccanica. Questo quadro lo scopre.
Cosa hanno trovato
Hanno testato il modello sullo sperma umano e su un’alga verde chiamata Chlamydomonas.
I risultati sono stati chiari. Nello sperma, l’attività interna crea l’onda, mentre l’elasticità passiva la stabilizza semplicemente. Nell’alga, la strana elasticità alimenta direttamente il ritmo.
Significa che la coda non è solo una frusta. È un motore complesso che consuma energia. Utilizza forze non reciproche per muoversi in un mondo in cui il regolare movimento avanti e indietro fallisce.
Perché è importante?
Spiega come la vita si muove su scala più piccola. Potrebbe anche aiutare a costruire robot microscopici. Macchine che non rimangono intrappolate nel fango viscoso del corpo umano, ma lo attraversano con la stessa astuta efficienza di uno spermatozoo.
Pensavamo di conoscere le regole. Abbiamo semplicemente dimenticato che la vita scrive da sola.
Riferimento: “Elastoidrodinamica dispari: materiale vivente non reciproco, Kenta Ishimoto et al., PRX Life.
