Newton, hareket yasalarını 1686’da ortaya çıkardı. Kendisi, fiziksel bir nesne ile ona etki eden kuvvetler arasındaki ilişkiyi birkaç basit ilkeyle açıklamayı istemişti. Fakat, anlaşılan o ki, bu ilkeler kıvamlı ve yapışkan sıvılar içinde kıvrılarak ilerleyen mikroskobik hücrelerde her zaman görünmüyor.
Clare Watson
Çeviri: Sedef Çakır
Üreme hücrelerinin ve tek hücreli organizmalar olan alglerin hareketi üzerine yakın zamanda yapılmış bir araştırmaya göre, insan spermleri uzun kuyruklarıyla Newton’un üçüncü hareket yasasına karşı geliyor ve kendilerini kıvamlı sıvılar içerisinde itiyor.
Kyoto Üniversitesi’nden matematik bilimci Kenta Ishimoto ve ekibi, sperm ve diğer mikroskobik biyolojik yüzücülerin bu karşılıksız etkileşimlerini gözlemleyerek teorik olarak hareketlerine direnç göstermesi gereken maddelerin içinden nasıl kıvrılarak ilerlediklerini aydınlatmaya çalıştı.
Newton, hareket yasalarını 1686’da ortaya çıkardı. Kendisi, fiziksel bir nesne ile ona etki eden kuvvetler arasındaki ilişkiyi birkaç basit ilkeyle açıklamayı istemişti. Fakat, anlaşılan o ki, bu ilkeler kıvamlı ve yapışkan sıvılar içinde kıvrılarak ilerleyen mikroskobik hücrelerde her zaman görünmüyor.
Kuşlar ve hücreler kendi enerjilerini ürettikleri için her kanat çırpışı veya kuyruk hareketiyle sisteme yeni enerji gelir. Bu durum sonucu sistem dengeden uzaklaşır ve aynı kurallar geçerli olmaz.
Newton’un üçüncü yasası, “her etki için eşit ve zıt bir tepki vardır” şeklinde ifade edilebilir ve doğada birbirine karşı hareket eden zıt kuvvetlerin oluşturduğu belirli bir simetriyi gösterir. Yerde yuvarlanarak ilerleyen iki eşit boyuttaki misketin çarpışması bu duruma örnek verilebilir. Bu yasa çerçevesinde kuvvetlerini birbirlerine aktararak geri teperler. Fakat, doğa karmakarışıktır ve tüm fiziksel sistemler bu simetrilere bağlı değildir. “Karşılıksız etkileşimler” adı verilen bu durum sürü halindeki kuşlar, sıvı içindeki parçacıklar ve yüzen sperm gibi düzensiz sistemlerde görülür.
Bu hareketli etmenler, arkalarındaki canlılarla veya çevrelerindeki sıvılarla asimetrik etkileşimler kurarak hareket ederler, bu şekilde Newton’un üçüncü yasasındaki eşit ve zıt kuvvetlerin çevresinden dolanabilecekleri bir boşluk yaratırlar. Kuşlar ve hücreler kendi enerjilerini ürettikleri için her kanat çırpışı veya kuyruk hareketiyle sisteme yeni enerji gelir. Bu durum sonucu sistem dengeden uzaklaşır ve aynı kurallar geçerli olmaz.
Ishimoto ve ekibi, Ekim 2023’te yayımladıkları çalışmalarında insan spermleri hakkındaki deneysel verileri incelediler ve yeşil alg Chlamydomonas’ın hareketini modellediler. Her iki organizma da, hücre gövdesinden çıkan ve şekil değiştirerek hücreleri ileriye doğru iten ince ve esnek yapıdaki flagella (kamçı) sayesinde yüzebilmektedir. Yüksek viskoziteli sıvılar, çoğunlukla flagellumun enerjisini dağıtarak sperm veya tek hücreli alglerin fazla hareket etmesine engel olur. Fakat bir şekilde, elastik flagellalar bu hücreleri çevrelerinden herhangi bir tepki almadan ileriye doğru itebilmektedir.
Araştırma ekibi, bulguların, yaşayan materyalleri taklit eden küçük, kendi kendine kurulan robotların tasarımına yardımcı olabileceğini, buna ek olarak, modelleme yöntemlerinin kolektif davranışların temel ilkelerini daha iyi anlamak için kullanılabileceğini ifade etti.
Araştırmacılar, sperm kuyrukları ve algal flagellaların “sıradışı bir elastikiyet” özelliğine sahip olduğunu keşfettiler. Bu özellik, flagellaların fazla enerji kaybetmeden hareket etmelerine yardımcı olur. Fakat bu sıradışı elastikiyet özelliği, flagellaların dalga benzeri hareketiyle sağlanan itişi tam olarak açıklayamıyordu. Bu sebeple, araştırmacılar modelleme çalışmalarından, flagellaların iç mekanizmasını tanımlamak için “sıradışı elastik modül” adında yeni bir terim ortaya koydular.
Araştırmacılar, “Çözülebilir basit modellerden Chlamydomonas ve sperm hücrelerine ait biyolojik flagella dalga biçimlerine kadar, materyalin içindeki bölgesel olmayan, karşılıksız etkileşimleri çözebilmek için sıradışı-bükülme modülünü inceledik.” sözlerini dile getirdiler. Araştırma ekibi, bulguların, yaşayan materyalleri taklit eden küçük, kendi kendine kurulan robotların tasarımına yardımcı olabileceğini, buna ek olarak, modelleme yöntemlerinin kolektif davranışların temel ilkelerini daha iyi anlamak için kullanılabileceğini ifade etti.
Kaynak:
https://www.sciencealert.com/scientists-caught-sperm-defying-one-of-the-laws-of-physics
Son Erişim Tarihi: 07/11/2024
