Gli spermatozoi se ne infischiano delle leggi della fisica

Nel competere per la vittoria, guadagnandosi così la vita, gli spermatozoi sfidano le leggi della fisica. Si muovono, infatti, attraverso fluidi viscosi, andando contro i principi della terza legge del dinamica di Newton. A ipotizzarlo sono stati i ricercatori dell’Università di Kyoto che hanno caratterizzato il movimento di queste cellule e lo hanno poi descritto in un nuovo studio pubblicato sulla rivista Prx Life.

Le leggi di Newton

Ma in che modo gli spermatozoi si muovo attraverso questi fluidi viscosi? Per prima cosa dobbiamo sapere che la dinamica, parte della meccanica che si occupa di studiare la relazione tra le forze e gli effetti che hanno su corpi e oggetti, è regolata da tre leggi che Isaac Newton formulò nel 1686. In particolare, la terza legge della dinamica, chiamata anche principio di azione-reazione, e presa in esame in questo ultimo studio, può essere riassunta così: “ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria”. Significa, quindi, che esiste in natura una particolare simmetria in cui le forze opposte agiscono l’una contro l’altra. Per fare un esempio, basta pensare a due biglie delle stesse dimensioni che si scontrano mentre rotolano sul terreno e che 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, andando sotto il nome “interazioni non reciproche”.

Flagelli e code

Per studiare queste interazioni non reciproche, i ricercatori hanno analizzato e modellato i dati sperimentali sugli spermatozoi umani e sull’alga verde, Chlamydomonas, entrambi dotati di flagelli (code) sottili e flessibili che cambiano forma, o si deformano, per spingere in avanti le cellule. Come spiega il team, i fluidi altamente viscosi tipicamente dissipano l’energia di un flagello, impedendo quindi agli spermatozoi o alle alghe unicellulari di muoversi molto. Eppure, in qualche modo, questi flagelli possono spingere le cellule senza provocare una risposta dall’ambiente circostante.

I ricercatori, infatti, hanno scoperto che le code degli spermatozoi e i flagelli delle alghe riuscirebbero ad aggirare la terza legge di Newton, con una proprietà chiamata dagli esperti “odd-easticity” (traducibile con “elasticità dispari”), che consente a queste appendici flessibili di muoversi senza perdere molta energia nel fluido circostante.

I risultati

Svolgendo studi di modellizzazione, i ricercatori hanno così coniato un nuovo termine, “odd elastic modulus”, per descrivere la meccanica interna dei flagelli. “Da semplici modelli alle forme d’onda flagellari biologiche per Chlamydomonas e cellule spermatiche, abbiamo studiato l’odd elastic modulus per decifrare le interazioni interne non reciproche all’interno del materiale”, si legge nello studio. I nuovi risultati, concludono i ricercatori, potrebbero fornire informazioni preziose per la progettazione di piccoli robot autoassemblanti che imitano i materiali viventi, mentre i metodi di modellazione potrebbero essere utilizzati per comprendere meglio i principi alla base del comportamento collettivo.