Spermatozoi sorpresi a infrangere la terza legge del moto di Newton
Le leggi della fisica sono state infrante (o sembrano essere state infrante) da ogni sorta di cose, dalle pietre dell'equilibrio all'appartamento di Seinfeld, e ora dallo sperma umano.
Gli ultimi trasgressori sfidano la terza legge del moto di Newton distorcendo il proprio corpo mentre nuotano in modo da non provocare alcuna reazione da parte dell'ambiente circostante.
La terza legge di Newton dice che quando un oggetto esercita una forza su un secondo oggetto, il secondo oggetto esercita una forza uguale e contraria. In altre parole, "per ogni azione c'è una reazione uguale e contraria". Tuttavia, per i nuotatori biologici, come gli spermatozoi, potrebbe non essere così.
In un nuovo studio, gli scienziati hanno analizzato le alghe Chlamydomonas e i dati relativi agli spermatozoi umani, individuando interazioni meccaniche non reciproche, definite "strane elasticità", che contraddicono la terza legge di Newton.
Forma di movimento
Sia la Chlamydomonas che gli spermatozoi utilizzano appendici simili a capelli, chiamate flagelli, per muoversi. Questi sporgono dalla cellula, quasi come una coda, e contribuiscono a spingerla in avanti, cambiando forma quando interagiscono con il fluido circostante.
Lo fanno in modo non reciproco, cioè non provocano una risposta uguale e contraria dall'ambiente circostante e quindi non rispettano la terza legge di Newton.
Tuttavia, l'elasticità del flagello non spiega completamente come la cellula sia in grado di muoversi, ed è qui che entra in gioco l'elasticità estranea. Essa consente alle cellule di muovere i flagelli senza spendere troppa energia nell'ambiente, che altrimenti ne sopprimerebbe la mobilità.
Più alto è il punteggio di elasticità strana di una cellula (o modulo di elasticità strana), maggiore è la capacità di un flagello di muoversi senza grandi perdite di energia, quindi la cellula è in grado di avanzare meglio - in un modo che sfida la fisica.
Gli spermatozoi e le alghe non sono le uniche cellule a possedere un flagello - molti microrganismi ne hanno uno (possono far suonare i batteri come se stessero suonando dei piccoli tamburi) - il che significa che probabilmente ci sono altre regole da infrangere ancora da scoprire.
Essere in grado di comprendere e classificare altre cellule o organismi capaci di movimenti non reciproci potrebbe essere molto utile, ha detto il team responsabile dello studio.
Secondo uno degli autori dello studio, Kenta Ishimoto, dell'Università di Kyoto in Giappone, il loro approccio potrebbe persino aiutare a progettare piccoli robot elastici in grado di infrangere la terza legge di Newton.
Inoltre, lo strano modulo di elasticità può essere calcolato per qualsiasi sistema ad anello chiuso, il che significa che può essere applicato a una vasta gamma di dati biologici, comprese le membrane elastiche attive e la dinamica delle masse, spiegano gli autori nelle loro conclusioni. Non è mai stato così vantaggioso infrangere la legge.
Fonti della notizia:
Ishimoto K., Moreau C., Yasuda K. Odd Elastohydrodynamics: Non-Reciprocal Living Material in a Viscous Fluid. PRX Life (2023).