73 خبر

تاريخ النشر: 19.01.2022 | 14:30 GMT

فيزياء الأهداب تشرح قدرات السباحة الناجحة للحيوانات المنوية

يعرف العلماء أن الحيوانات المنوية يمكنها التباهي بقدراتها المتميزة في السباحة، لكنهم لم يدرسوا سابقا كيف استطاعت أن تكون رشيقة للغاية.

وتوصلت دراسة حديثة إلى أن "السجاد" ذا الشعيرات الصغيرة المبطّن داخل قناتي فالوب يمنح الحيوانات المنوية دفعة إضافية، ترفعها للأعلى.

إقرأ المزيد

بحث يسلّط الضوء على طريقة جدلية تعمل كمانع للحمل عند الذكور!

ويبدو الآن أن الفيزيائي النظري جون تونر من جامعة أوريغون لديه تفسير لكيفية تحرك هذه الشعيرات، المسماة الأهداب، السوائل والجزيئات الصغيرة في الجسم.

والأهداب هي عبارة عن نتوءات صغيرة تشبه الشعر على السطح الخارجي للخلايا حقيقية النواة.

وأنشأ تونر نموذجا رياضيا يشرح كيفية محاذاة الأهداب لتحريك الجسيمات في اتجاه ثابت. ويساعد السائل المتدفق فوق الأهداب الشعر على التموج في نفس الاتجاه ودفع الجزيئات إلى الأمام.

ووصف تونر وزملاؤه المعادلات في ورقتين بحثيتين جديدتين نُشرت في مجلة Physical Review E and Physical Review Letters.

وكان تونر يدرس فيزياء التدفق منذ سنوات، وطور سابقا معادلات تشرح كيف تنقض مئات الطيور بشكل متزامن عبر السماء، أو كيف تسبح أسراب الأسماك في انسجام تام. وحصل على جائزة Lars Onsager من الجمعية الفيزيائية الأمريكية لعمله في عام 2020.

ولكن النظر في مسألة الأهداب يتطلب مقاربة مختلفة قليلا. وقال تونر: "في الأنظمة البيولوجية، يحدث الكثير من الإجراءات المهمة على سطح حيث تلتقي المادة الصلبة بسائل. وما أدركته هو أن هذا نوع مختلف تماما من التدفق عما كنت أفكر فيه".

ولا تقود الأهداب الحيوانات المنوية فحسب، بل تقود أيضا العديد من الحركات الحاسمة داخل الجسم، بما في ذلك إزالة المخاط من الرئتين.

إقرأ المزيد

اختراق علمي يحدد آلية وراثية جديدة يمكن أن تسبب العقم عند الذكور

وأوضح تونر أنها تمثل تحديا مثيرا للاهتمام من منظور فيزيائي، لأن الشعر مثبت في مكانه من طرف واحد.

واتضح أن السائل الذي يتحرك فوق الأهداب له تأثير مهم. إنه يوفر الحركة التي تساعد الأهداب على المحاذاة في اتجاه واحد، ما يخلق حلقة تغذية مرتدة تدفع بدورها السائل في اتجاه ثابت. أي أن النظام يستقر ويصحح نفسه.

وأشار تونر: "يرتكب الشعر الفردي أخطاء صغيرة، لكن السائل الكلي يسحبه مرة أخرى"، مثل الانجذاب إلى تيار النهر.

وفي المستقبل، يسعى تونر إلى تحسين نموذجه لتكرار ما يظهر في الأنظمة البيولوجية عن كثب. وقال: "عالجنا السائل فوق سجادة الأهداب كما لو كان عميقا إلى ما لا نهاية". لكن السوائل في الجسم عادة ما تتحرك عبر قنوات صغيرة. وسيؤدي تحديد عمق السائل في النموذج إلى تغيير التفاعلات المتوقعة بين الأهداب.

المصدر: phys.org