Scienziati Scoprono che gli Spermatozoi Sfuggono a una delle Leggi di Newton

Il mistero del nuoto degli spermatozoi in fluidi viscosi

Gli spermatozoi umani possono nuotare attraverso fluidi sorprendentemente viscosi con facilità, sfidando apparentemente la terza legge del moto di Newton. Per capire come riescano a scivolare attraverso sostanze che, in teoria, dovrebbero resistere al loro movimento, un team guidato da Kenta Ishimoto, scienziato matematico dell’Università di Kyoto, ha investigato i movimenti degli spermatozoi e di altri microscopici nuotatori biologici.

La terza legge di Newton e le interazioni non reciproche

Quando Sir Isaac Newton concepì le sue famose leggi del moto nel 1686, cercò di spiegare la relazione tra un oggetto fisico e le forze che agiscono su di esso con pochi principi chiari. Tuttavia, questi principi non si applicano necessariamente alle cellule microscopiche che si muovono attraverso fluidi appiccicosi. La terza legge di Newton può essere riassunta come “per ogni azione, c’è una reazione uguale e contraria”. Tuttavia, la natura è caotica e non tutti i sistemi fisici sono vincolati da queste simmetrie. Le interazioni non reciproche si manifestano in sistemi disordinati come stormi di uccelli, particelle in fluidi e spermatozoi in movimento.

Il ruolo dell’elasticità strana

Questi agenti motili si muovono in modi che mostrano interazioni asimmetriche con gli animali dietro di loro o con i fluidi che li circondano, creando una scappatoia per le forze uguali e contrarie per eludere la terza legge di Newton. Poiché uccelli e cellule generano la propria energia, che viene aggiunta al sistema con ogni battito delle ali o movimento delle code, il sistema viene spinto lontano dall’equilibrio e le stesse regole non si applicano.

Lo studio di Ishimoto e colleghi

Nello studio pubblicato nell’ottobre 2023, Ishimoto e colleghi hanno analizzato dati sperimentali sugli spermatozoi umani e hanno anche modellato il movimento delle alghe verdi, Chlamydomonas. Entrambi nuotano utilizzando flagelli sottili e flessibili che sporgono dal corpo cellulare e cambiano forma, o si deformano, per spingere le cellule in avanti. I fluidi altamente viscosi dissiperebbero tipicamente l’energia di un flagello, impedendo a uno spermatozoo o a un’alga unicellulare di muoversi molto. Eppure, in qualche modo, i flagelli elastici possono spingere queste cellule senza provocare una risposta dall’ambiente circostante.

Elasticità strana e modulo elastico strano

I ricercatori hanno scoperto che le code degli spermatozoi e i flagelli delle alghe hanno un’elasticità “strana”, che consente a queste appendici flessibili di muoversi senza perdere molta energia nel fluido circostante. Tuttavia, questa proprietà di elasticità strana non spiegava completamente la propulsione derivante dal movimento ondulatorio dei flagelli. Dai loro studi di modellazione, i ricercatori hanno anche derivato un nuovo termine, un modulo elastico strano, per descrivere la meccanica interna dei flagelli.

Fonte: Science Alert

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