03:46 م
الثلاثاء 24 أكتوبر 2023
توصل عالم الرياضيات في جامعة كيوتو اليبانية، كينتا إيشيموتو، إلى اكتشاف غير مسبوق، يثبت أن الحيوانات المنوية التي يفرزها الذكور، تتحدى قوانين الفيزياء.
من خلال ذيولها التي تشبه السوط، تدفع الحيوانات المنوية نفسها عبر السوائل اللزجة، في تحدٍ على ما يبدو لقانون نيوتن الثالث للحركة.
وحقق العالم الياباني وزملاؤه في هذه المفاجأة، لمعرفة كيفية انزلاق الحيوانات المنوية عبر السوائل التي ينبغي، من الناحية النظرية، أن تقاوم حركتها، وفقا لموقع ساينس ألرت.
عندما ابتكر نيوتن قوانينه الشهيرة للحركة عام 1686، سعى إلى شرح العلاقة بين الجسم المادي والقوى المؤثرة عليه باستخدام بعض المبادئ الدقيقة التي اتضح أنها لا تنطبق بالضرورة على الخلايا المجهرية التي تتلوى عبر السوائل اللزجة.
ويمكن تلخيص قانون نيوتن الثالث على النحو التالي: “لكل فعل هناك رد فعل مساو له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه”. إنه يدل على تناظر معين في الطبيعة حيث تعمل القوى المتعارضة ضد بعضها البعض. في أبسط مثال، اصطدام قطعتين من الرخام متساويتين في الحجم أثناء تدحرجهما على الأرض سوف ينقل قوتهما ويرتدان بناءً على هذا القانون.
ومع ذلك، فإن الطبيعة فوضوية، وليست كل الأنظمة الفيزيائية مقيدة بهذه القوانين.
وحلل إيشيموتو وزملاؤه بيانات تجريبية عن الحيوانات المنوية البشرية، ووضعوا نموذجا لحركة الطحالب الخضراء، فكلاهما يسبح باستخدام سوط رفيع ومرن يبرز من جسم الخلية ويتغير شكله أو يتشوه لدفع الخلايا إلى الأمام.
عادةً تعمل السوائل عالية اللزوجة على تبديد طاقة السوط، ما يمنع الحيوانات المنوية أو الطحالب وحيدة الخلية من التحرك. ومع ذلك، بطريقة ما، يمكن للسوط المرن أن يدفع هذه الخلايا دون أن يتأثر من البيئة المحيطة.
ووجد الباحثون أن ذيول الحيوانات المنوية وأسواط الطحالب تتمتع بـ “مرونة غريبة”، ما يسمح لهذه الزوائد المرنة بالتحرك دون فقدان الكثير من الطاقة للسائل المحيط.
لكن خاصية المرونة الغريبة هذه لم تفسر بشكل كامل الدفع الناتج عن الحركة الموجية للسوط. لذلك، ومن دراسات النمذجة، اشتق الباحثون أيضًا مصطلحًا جديدًا، وهو معامل المرونة الغريب، لوصف الميكانيكا الداخلية للسوط.
ويقول الفريق إن النتائج يمكن أن تساعد في تصميم روبوتات صغيرة ذاتية التجميع تحاكي المواد الحية، في حين يمكن استخدام أساليب النمذجة لفهم المبادئ الأساسية للسلوك الجماعي بشكل أفضل.