Sperm

تعمقت دراسة حديثة ومثيرة للاهتمام في الحركة الغريبة للحيوانات المنوية البشرية والطحالب وحيدة الخلية، وكشفت عن قدرتها على تحدي قانون نيوتن الثالث للحركة، وسعى هذا البحث المثير، بقيادة كينتا إيشيموتو، عالم الرياضيات في جامعة كيوتو، وفريقه، إلى كشف التفاعلات الغامضة غير المتبادلة التي أظهرها هؤلاء السباحون المجهريون، وكان الهدف هو فهم كيفية تنقلهم بنجاح عبر السوائل السميكة اللزجة التي من المفترض نظريًا أن تقاوم حركتها.

ويشكل قانون نيوتن الثالث، وهو مبدأ أساسي في الفيزياء ينص على أن "لكل فعل رد فعل مساو له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه"، حجر الزاوية في فهم العلاقة بين الأشياء المادية والقوى المؤثرة عليها، ومع ذلك، في عالم الكائنات الحية الدقيقة والأنظمة الطبيعية الفوضوية الأخرى، غالبًا ما يفشل هذا القانون الكلاسيكي في التطبيق، وهنا يأتي دور التفاعلات غير المتبادلة، مما يوفر نافذة فريدة على ديناميكيات الأنظمة مثل أسراب الطيور والحيوانات المنوية السابحة.

وعلى عكس الأنظمة التقليدية حيث تستجيب الأجسام بطريقة يمكن التنبؤ بها لقوى متساوية ومتعارضة، فإن هذه العوامل المتحركة لها طريقة عمل مختلفة تمامًا، وإنها تولد طاقتها، مما يخلق حالة حيث يعمل النظام بعيدًا بشكل كبير عن التوازن، ويوفر هذا الابتعاد عن المبادئ التقليدية المجال لهذه الكائنات الحية الدقيقة لإظهار سلوكيات غير عادية تماماً.

وكانت النقاط المحورية في هذه الدراسة هي الحيوانات المنوية البشرية والطحالب الخضراء، Chlamydomonas، وكلاهما يعتمد على الزوائد المرنة المعروفة باسم الأسواط للتحرك عبر السوائل شديدة اللزوجة، وفي ظل الظروف القياسية، تمتص هذه السوائل بسهولة الطاقة من هذه الزوائد، مما يعيق حركتها، ومع ذلك، فإن الكشف الرئيسي من هذا البحث هو المرونة الملحوظة لذيول الحيوانات المنوية وسياط الطحالب.

وهذه المرونة المميزة هي التي تمكنها من الاندفاع للأمام دون إحداث استجابة كبيرة من السائل المحيط، وللتعمق أكثر في آليات هذه الظاهرة، قدم إيشيموتو وفريقه مفهوم "المرونة الفردية" و"معامل المرونة الفردية"، وتساعد هذه المصطلحات الجديدة في وصف الآليات الداخلية للسوط وتوضيح كيف تسمح خصائصها الفريدة بالحفاظ على الطاقة والحركة حتى في السوائل شديدة المقاومة.

يوحمل هذا البحث الرائد في طياته آثارًا عميقة، فهو لا يقدم نظرة ثاقبة لآليات الدفع الرائعة للحيوانات المنوية والطحالب فحسب، بل يحتوي أيضًا على تطبيقات محتملة في تصميم الروبوتات ذاتية التجميع المستوحاة من هذه المواد الحية، وعلاوة على ذلك، يمكن لأساليب النمذجة التي تم تطويرها خلال هذه الدراسة أن تكون بمثابة أداة قيمة لفهم أعمق للمبادئ الأساسية التي تحكم السلوكيات الجماعية في الأنظمة المعقدة، وإن مضامين وتطبيقات هذا البحث واعدة بلا شك وتدعو إلى مزيد من الاستكشاف والابتكار في مختلف مجالات العلوم والتكنولوجيا.