Başlıca Fizik Kanunlarından Birine Karşı Gelen Sperm
Yeni bir çalışmaya göre sperm hücrelerinin ve tek hücreli alglerin hareketini karakterize eden, insan spermleri kırbaç benzeri kuyruklarıyla, Newton’un üçüncü hareket yasasına meydan okurcasına kendilerini viskoz sıvılarda ilerledikleri ortaya çıktı.
Kyoto Üniversitesi’nde matematik bilimci olan Kenta Ishimoto ve meslektaşları, sperm ve diğer mikroskobik biyolojik yüzücülerdeki bu karşılıklı olmayan etkileşimleri araştırarak, teoride hareketlerine direnmesi gereken maddelerin içinden nasıl kaydıklarını anlamaya çalıştılar.
Newton, 1686 yılında ünlü hareket kanunlarını tasarladığında, bir fiziksel nesne ile üzerine etki eden kuvvetler arasındaki ilişkiyi açıklamak için birkaç düzenli prensip aramıştı. Ancak bu prensipler, yapışkan sıvılar içinde kıvrılan mikroskobik hücrelere her zaman uygulanmaz.
Newton’un üçüncü yasası “her etki için eşit ve zıt bir tepki vardır” şeklinde özetlenebilir. Doğada karşıt güçlerin birbirlerine karşı hareket ettiği belirli bir simetriyi ifade eder. En basit örnekte, yerde yuvarlanırken çarpışan iki eşit büyüklükteki bilye, bu yasaya dayanarak kuvvetlerini aktaracak ve geri tepecektir.
Ancak doğa kaotiktir ve tüm fiziksel sistemler bu simetrilere bağlı değildir. Karşılıklı olmayan etkileşimler, sürü halindeki kuşlardan, sıvı içindeki parçacıklardan ve yüzen spermlerden oluşan asi sistemlerde ortaya çıkar.
Bu hareketli ajanlar, arkalarındaki hayvanlarla veya onları çevreleyen sıvılarla asimetrik etkileşimler sergileyecek şekilde hareket eder ve Newton’un üçüncü yasasını aşmak için eşit ve zıt kuvvetler için bir boşluk oluşturur.
Kuşlar ve hücreler, kanatlarını her çırpışlarında ya da kuyruklarını her sallayışlarında sisteme eklenen kendi enerjilerini ürettiklerinden, sistem dengeden uzaklaşır ve aynı kurallar geçerli olmaz.
Ishimoto ve meslektaşları, insan spermi üzerinde deneysel verileri analiz etti ve aynı zamanda yeşil alg olan Chlamydomonas’ın hareketini modelledi. Her ikisi de hücre gövdesinden çıkan ince, bükülebilir flagellaları kullanarak yüzer ve hücreleri ileri doğru hareket ettirmek için şekil değiştirir veya deforme olur.
Yüksek viskoziteli sıvılar genellikle bir sperm veya tek hücreli algünün hareket etmesini engelleyerek flagellumun enerjisini dağıtır. Ve yine de, esnek flagellalar bu hücreleri çevrelerinden tepki almadan hareket ettirebilir.
Araştırmacılar, sperm kuyruklarının ve alg kamçısının, bu esnek uzantıların çevreleyen sıvıya fazla enerji kaybetmeden kırbaçlanmasına izin veren ‘garip bir esnekliğe’ sahip olduğunu buldular.
Ancak bu tuhaf esneklik özelliği, kamçıların dalga benzeri hareketinden kaynaklanan itme gücünü tam olarak açıklamıyordu. Bu nedenle araştırmacılar modelleme çalışmalarından, flagella’nın iç mekaniğini tanımlamak için yeni bir terim olan garip elastik modülü de türettiler.
Buluntular, takım tarafından belirtilene göre, yaşayan materyalleri taklit eden küçük, kendiliğinden birleşen robotların tasarımında yardımcı olabilirken, modelleme yöntemleri de kolektif davranışın temel prensiplerini daha iyi anlamak için kullanılabilir.
Yazan: Şinasi AYGÜN
Bilim Adamları Fiziğin En Önemli Kanunlarından Birine Karşı Gelen Spermi Yakaladılar, ScienceAlert, 24.10.23
Bir yanıt bırakın