La nuova scoperta sugli spermatozoi: come nuotano in fluidi densi

La straordinaria capacità di movimento degli spermatozoi umani

Gli spermatozoi umani mostrano una sorprendente abilità nel nuotare attraverso fluidi altamente viscosi, sfidando in parte i principi della legge del moto di Newton. Per comprendere come questi microscopici nuotatori riescano a muoversi in sostanze che, in teoria, dovrebbero ostacolarne il movimento, un team di ricerca guidato da Kenta Ishimoto, scienziato matematico dell’Università di Kyoto, ha condotto un’analisi approfondita dei movimenti degli spermatozoi e di altri organismi microscopici nuotatori. Questo studio ha rivelato dettagli affascinanti su come gli spermatozoi riescano a superare le sfide imposte dalla viscosità dei fluidi, aprendo nuove strade per la comprensione della biologia del movimento.

Interazioni asimmetriche e il loro impatto sul movimento

La realtà del movimento microscopico è ben più complessa di quanto si possa immaginare. Non tutti i sistemi fisici seguono le stesse simmetrie, e le interazioni non reciproche emergono in contesti disordinati. Queste interazioni si manifestano in vari ambiti, come nel volo degli uccelli, nelle particelle immerse in un fluido e negli spermatozoi in movimento. Questi organismi motili si muovono in modi che rivelano interazioni asimmetriche con gli altri esseri viventi o con i fluidi circostanti, creando una sorta di scappatoia che consente loro di eludere le restrizioni imposte dalla terza legge di Newton.

Studio sugli spermatozoi e le alghe verdi

Nel loro studio pubblicato nell’ottobre 2023, Ishimoto e il suo team hanno esaminato dati sperimentali riguardanti gli spermatozoi umani e hanno modellato il movimento delle alghe verdi del genere Chlamydomonas. Entrambi questi organismi utilizzano flagelli, appendici sottili e flessibili che si estendono dal corpo cellulare e che cambiano forma per propellere le cellule in avanti. Questo studio ha messo in luce l’importanza dei flagelli nel movimento cellulare e ha aperto nuove prospettive per la ricerca biologica.

Elasticità strana e meccanismi di propulsione

I ricercatori hanno scoperto che le code degli spermatozoi e i flagelli delle alghe presentano una caratteristica definita elasticità strana, che consente a queste appendici flessibili di muoversi in modo efficiente, minimizzando la perdita di energia nel fluido. Tuttavia, questa proprietà non spiegava completamente il meccanismo di propulsione generato dal movimento ondulatorio dei flagelli. Pertanto, attraverso i loro studi di modellazione, il team ha introdotto un nuovo concetto, il “modulo elastico strano”, per descrivere le dinamiche interne dei flagelli.

Implicazioni future e applicazioni pratiche

Le implicazioni di questi risultati potrebbero estendersi oltre la biologia, contribuendo alla progettazione di robot auto-assemblanti ispirati ai materiali viventi. Inoltre, i metodi di modellazione sviluppati potrebbero rivelarsi utili per una comprensione più profonda dei principi che governano il comportamento collettivo in sistemi complessi. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista PRX Life, e una versione preliminare di questo articolo è stata diffusa nell’ottobre 2023. Questi sviluppi potrebbero avere un impatto significativo su vari campi, dalla biologia alla robotica, aprendo nuove strade per la ricerca e l’innovazione.