Menurut penelitian terbaru yang mengamati pergerakan gamet dan ganggang uniseluler ini, sperma manusia dengan ekornya yang seperti cambuk mendorong dirinya melalui cairan kental, yang tampaknya melanggar hukum gerak ketiga Newton.
Kenta Ishimoto, seorang ilmuwan matematika di Universitas Kyoto, dan rekannya menyelidiki interaksi non-timbal balik dalam sperma dan perenang biologis mikroskopis lainnya untuk melihat bagaimana mereka meluncur melalui zat yang secara teoritis menghambat pergerakan mereka.
Ketika Newton merancang hukum geraknya yang sekarang terkenal pada tahun 1686, dia mencoba menjelaskan hubungan antara benda fisik dan gaya yang bekerja padanya menggunakan beberapa prinsip menarik yang ternyata tidak berlaku pada sel mikroskopis. melewati. cairan lengket.
Hukum ketiga Newton dapat diringkas sebagai “untuk setiap aksi ada reaksi yang sama besar dan berlawanan arah”. Ini menandakan simetri khusus di alam di mana kekuatan-kekuatan yang berlawanan bekerja melawan satu sama lain. Dalam contoh paling sederhana, dua bola berukuran sama yang bertabrakan saat menggelinding di tanah akan mentransfer gaya dan memantul berdasarkan hukum ini.
Namun, alam bersifat kacau dan tidak semua sistem fisik terikat oleh kesimetrian ini. Apa yang disebut interaksi non-timbal balik muncul dalam sistem yang tidak teratur yang terdiri dari kawanan burung, partikel dalam cairan – dan sperma yang berenang.
Agen bergerak ini bergerak dengan cara yang menunjukkan interaksi asimetris dengan hewan di belakangnya atau dengan cairan di sekitarnya, sehingga menciptakan celah untuk gaya yang sama besar dan berlawanan yang menghindari hukum ketiga Newton.
Karena burung dan sel menciptakan energi mereka sendiri yang ditambahkan ke sistem dengan setiap kepakan sayap atau cambuk ekornya, sistem ini jauh dari seimbang dan aturan yang sama tidak berlaku.
Dalam penelitian mereka yang diterbitkan pada bulan Oktober, Ishimoto dan rekannya menganalisis data eksperimen sperma manusia dan juga memodelkan pergerakan ganggang hijau, Chlamydomonas. Keduanya berenang menggunakan flagela tipis dan bengkok yang menonjol dari badan sel dan berubah bentuk atau berubah bentuk untuk mendorong sel maju.
Cairan yang sangat kental biasanya akan menghilangkan energi flagel, mencegah pergerakan sperma atau ganggang uniseluler. Namun entah bagaimana flagela elastis dapat mendorong sel-sel ini tanpa memicu reaksi dari lingkungan sekitarnya.
Para peneliti menemukan bahwa ekor sperma dan flagela alga memiliki “elastisitas khusus” yang memungkinkan pelengkap fleksibel ini bergerak tanpa kehilangan banyak energi terhadap cairan di sekitarnya.
Namun sifat elastisitas khusus ini tidak sepenuhnya menjelaskan daya dorong dari gerakan flagel yang bergelombang. Jadi dari studi pemodelan mereka, para peneliti juga memperoleh istilah baru, modulus elastisitas ganjil, untuk menggambarkan mekanisme internal flagela.
“Dari model sederhana yang dapat dipecahkan hingga kurva flagellar biologis Chlamydomonas dan sperma, kami mempelajari modulus pembengkokan ganjil untuk menguraikan interaksi internal non-lokal dan non-timbal balik dalam material tersebut,” para peneliti menyimpulkan.
Temuan ini dapat membantu merancang robot kecil yang dapat dirakit sendiri dan meniru material hidup, sementara metode pemodelan dapat digunakan untuk lebih memahami prinsip-prinsip dasar perilaku kolektif, kata tim tersebut.
Studi ini dipublikasikan di Kehidupan PRX.
Versi sebelumnya dari artikel ini diterbitkan pada Oktober 2023.
+ There are no comments
Add yours