Roberta De Carolis Ebbene sì, lo sperma non segue una delle leggi fondamentali della fisica classica, in quanto gli spermatozoi, famosissimi nuotatori unicellulari, si spingono attraverso fluidi viscosi apparentemente a dispetto della terza legge di Newton. Lo dimostra uno studio guidato dall’Università di Kyoto (Giappone)
©razlomov/123rf
I nostri spermatozoi sono ribelli e “si oppongono” ad una delle leggi fondamentali della fisica classica: nuotatori unicellulari, si spingono attraverso fluidi viscosi apparentemente a dispetto della terza legge di Newton. Lo sostiene una ricerca guidata dall’Università di Kyoto (Giappone).
Gli scienziati hanno studiato le interazioni nello sperma e in altri microscopici nuotatori biologici, per capire come riescano a muoversi attraverso sostanze che, in teoria, dovrebbero resistere al loro movimento.
Quando Newton concepì le sue ormai famose leggi del movimento nel 1686, cercò di spiegare la relazione tra un oggetto fisico e le forze che agiscono su di esso tramite alcuni principi chiari che però, a quanto pare, non si applicano necessariamente alle cellule microscopiche che si muovono attraverso liquidi viscosi.
La terza legge di Newton, in particolare, afferma che ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria, il che implica una particolare simmetria in natura in cui le forze opposte agiscono l’una contro l’altra. Con un esempio semplice, due biglie di uguali dimensioni che si scontrano mentre rotolano sul terreno trasferiranno la loro forza e rimbalzeranno in base a questa legge.
Tuttavia, la natura è caotica e non tutti i sistemi fisici sono vincolati da queste simmetrie. In particolare, in sistemi “indisciplinati”, si manifestano le cosiddette interazioni non reciproche, come quelle dimostrate proprio dallo sperma umano.
Tali microscopici sistemi mobili si muovono in modalità asimmetriche nei confronti dei fluidi che li circondano, generando una “scappatoia” per le forze uguali e opposte e aggirando così la terza legge di Newton.
Questo, in realtà, vale anche per gli stormi di uccelli che generano una propria energia, la quale viene aggiunta al sistema con ogni battito delle ali (o ogni colpo di coda, nel caso degli spermatozoi), spingendo il sistema lontano dall’equilibrio, dove non si applicano le stesse regole.
Gli scienziati hanno analizzato dati sperimentali sullo sperma umano e modellato il movimento dell’alga Chlamydomonas. Entrambi nuotano utilizzando flagelli sottili e flessibili che sporgono dal corpo cellulare e cambiano forma, o si deformano, per spingere in avanti le cellule.
I fluidi altamente viscosi tipicamente dissiperanno l’energia di un flagello, impedendo allo sperma o alle alghe unicellulari di muoversi molto. Eppure, in qualche modo, i flagelli elastici possono spingere queste cellule senza provocare una risposta dall’ambiente circostante.
I ricercatori hanno scoperto, infatti, che le code degli spermatozoi e i flagelli delle alghe hanno una “strana elasticità”, che consente a queste appendici flessibili di muoversi senza perdere molta energia nel fluido circostante.
Tuttavia, questa strana elasticità non spiega del tutto la propulsione derivante dal movimento ondulatorio dei flagelli. Per questo, dai loro studi di modellizzazione, i ricercatori hanno anche derivato un nuovo concetto, un modulo elastico dispari, per descrivere la meccanica interna dei flagelli.
Da semplici modelli risolvibili alle forme d’onda flagellari biologiche per Chlamydomonas e cellule spermatiche, abbiamo studiato il modulo di flessione dispari – concludono i ricercatori – per decifrare le interazioni interne non locali e non reciproche all’interno del materiale
I risultati potrebbero essere di aiuto nella progettazione di piccoli robot autoassemblanti che imitano i materiali viventi, mentre i metodi di modellazione utilizzati per comprendere meglio i principi alla base del comportamento collettivo.
Lo studio è stato pubblicato su PRX Life.
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Fonti: Science Alert / PRX Life
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