A hatás-ellenhatás törvénye alapján két test kölcsönhatása közben mindig két erő lép fel, amelyek egyenlő nagyságúak, de ellentétes irányúak egymással. Úgy tűnik azonban, hogy ez az elv nem vonatkozik a viszkózus folyadékokon áthaladó mikroszkopikus sejtekre. Ezek a mozgékony szerveződések, köztük a spermiumok és az algák, aszimmetrikus kölcsönhatásokat mutatnak, amely hatékony mozgást tesz a számukra lehetővé még a folyadékban tapasztalható ellenállással szemben is.

A spermiumok farkában és az algák flagellájában azonosított, “különös rugalmasságnak” köszönhető, hogy ezek a sejtek jelentősebb energiaveszteség nélkül képesek áthaladni a folyadékokon. A felfedezés segíthet önszerveződő robotok építésében is.

A Kiotói Egyetemen Kenta Ishimoto és csapata által végzett kutatás érdekes felfedezéssel zárult: Newton harmadik mozgástörvénye, amely szerinte a természet szimmetriájának az alapját is képezi, mégsem olyan univerzális, mint gondoltuk. A törvényt ugyanis nem teljesen “tartják be” a ragadós környezetben haladó mikroszkopikus entitások – írja a Science Alert.

Ishimoto kutatásai a nem kölcsönös kölcsönhatásokat írták le, vagyis azon jelenségeket, ahol az aszimmetrikus mozgások dacolnak Newton elveivel. Ilyen viselkedés figyelhető meg több kaotikus rendszerben is: örvénylő madárrajok vagy tehát az úszó spermiumok eseteiben. Ellentétben a jól ismert iskolai példákkal, amikor is az egymásról visszapattanó egyenlő méretű golyókkal Newton törvényét demonstrálják, ezek a biológiai ágensek messze nem ennyire kiegyensúlyozottak.

Az emberi spermiumok és zöldalgák elemzése során a tudósok ugyanis felfedezték a fentebb már említett, „különös rugalmasságot”, aminek köszönhetően ezek a sejtek hatékonyan képesek mozogni a nagyon viszkózus folyadékokban. A hatékonyság ebben az esetben azt jelenti, hogy a mozgás jelentősebb energiaveszteség nélkül megy végbe, dacára annak, hogy Newton törvénye alapján nem ez lenne a helyzet ebben a környezetben. A “különös rugalmasság” tehát épp ezt magyarázza: mivel ez teszi lehetővé a sejtek számára, hogy energiaveszteség nélkül mozgassák a flagellákat, illetve az egyéb mozgást segítő sejtnyúlvánokat egy jelentős ellenállást kifejtő közegben.

Minél magasabb pedig egy sejt páratlan rugalmassági pontszáma (vagy páratlan rugalmassági modulusa), a flagellum annál inkább képes hullámzásra jelentősebb energiaveszteség nélkül, és így a sejt hatékonyabban tud előre haladni – a fizikát megszegő módon.

A spermiumok és az algák nem az egyetlen sejtek, amelyekben flagellum található – sok mikroorganizmus rendelkezik hasonló nyúlvánnyal – ami azt jelenti, hogy jó eséllyel ezek is képesek hasonló trükkre – tehát Newton harmadik törvényének a “megszegésére”.

Kenta Ishimoto szerint ez a felfedezés akár kis rugalmas robotok tervezésében is segíthet, amelyek képesek megszegni Newton harmadik törvényét. Sőt, a fent említett, páratlan rugalmassági modulus bármely zárt hurkú rendszerre kiszámítható, ami azt jelenti, hogy a biológiai adatok széles skálája értelmezhető ezen mutató által – beleértve az aktív rugalmas membránokat vagy akár a tömegdinamikát – fejtik ki következtetésükben a szerzők.

(Kép: Pixabay/Mohamed_hassan)