اكتشف باحثون أن الحيوانات المنوية البشرية قادرة على السباحة بفعالية عبر سوائل شديدة اللزوجة، في تحدٍ مباشر لقانون نيوتن الثالث للحركة، هذا الاكتشاف الذي قاده عالم الرياضيات كينتا إيشيموتو من جامعة كيوتو، يعيد النظر في المبادئ الكلاسيكية التي تحكم حركة الأجسام.
- قانون نيوتن الثالث تحت المجهر
يرتكز قانون نيوتن الثالث على مبدأ أن "لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه"، وهو ما يفسر كيفية تفاعل الأجسام الكبيرة في الفيزياء الكلاسيكية، لكن عند النظر في الكائنات المجهرية، مثل الحيوانات المنوية، يتضح أن هذه القاعدة لا تنطبق بنفس الصرامة.
ففي الوسط اللزج، الذي من المفترض أن يعيق الحركة، تُظهر الحيوانات المنوية قدرة مذهلة على الانسياب والتقدم، ما يشير إلى وجود آليات ميكانيكية خفية تتجاوز ما تنبأ به نيوتن.
- التفاعل غير المتبادل: مفتاح الحركة الفعالة
أوضح الباحثون أن هذه الكائنات المجهرية تعمل في أنظمة غير متوازنة، حيث تُغذى باستمرار بالطاقة عبر حركة ذيولها، ما يؤدي إلى تفاعلات غير متبادلة تُمكّنها من تجاوز القيود المفروضة بواسطة قانون الفعل ورد الفعل. هذه الخاصية تفسر كيف يمكن للحيوانات المنوية أن تتحرك دون أن تفقد طاقتها بالكامل في مقاومة الوسط اللزج.
- "السياط الخلوية": تصميم فريد ومرونة غريبة
عبر تحليل حركي دقيق ونمذجة رياضية، درس الفريق العلمي أيضًا الطحلب الأخضر المعروف باسم كلاميدوموناس، ووجد أن الكائنات الحية المجهرية تستخدم سياطًا مرنة تبرز من أجسامها لتوليد قوة دافعة.
واللافت أن هذه السياط لا تتحرك بشكل ميكانيكي بسيط، بل تتغير أشكالها باستمرار، ما يُنتج حركة فعالة دون تبديد للطاقة. وُصفت هذه الخاصية الجديدة بـ "المرونة الغريبة"، وهي ما مكّن الباحثين من تطوير مفهوم رياضي جديد أُطلق عليه "معامل المرونة الغريب"، لتفسير سلوك هذه السياط في البيئات اللزجة.
- تطبيقات مستقبلية تمتد إلى الروبوتات والفيزياء الحيوية
لا تقتصر أهمية هذا الاكتشاف على الجانب النظري، بل يحمل إمكانيات واعدة في عدة مجالات، فقد يُستخدم لفهم أنظمة السلوك الجماعي للكائنات الحية، كما يمهد الطريق لتطوير روبوتات مجهرية ذاتية الحركة، قادرة على العمل بكفاءة في البيئات المعقدة مثل الجسم البشري.
علاوة على ذلك، تُعد هذه النتائج بوابة لفهم أعمق للأنظمة الفيزيائية التي لا تلتزم بالكامل بالقوانين الكلاسيكية، ما قد يقود إلى صياغة نظريات جديدة في ديناميكا الموائع المجهرية والفيزياء الحيوية.
