Robert Klatt
Spermien müssten laut dem Wechselwirkungsprinzip stillstehen, weil ihre Schwanzschläge sich ausgleichen. Dank eines physikalischen Tricks können sie sich trotzdem bewegen.
Kyoto (Japan). Isaac Newton, ein Physiker, Astronom und Mathematiker, hat bereits 1687 in seinem Werk Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Mathematische Prinzipien der Naturphilosophie) die drei Grundsätze der Bewegungslehre publiziert. Die auch als Newtonsche Axiome, Grundgesetze der Bewegung, Newtonsche Prinzipien oder auch Newtonsche Gesetze bekannten Grundsätze sind in der heutigen Wissenschaft noch bedeutend.
Laut dem dritten Newtonschen Gesetz, das auch als Wechselwirkungsprinzip bezeichnet wird, erzeugt eine Kraft immer eine identische Gegenkraft. Spermien dürften sich deshalb eigentlich nicht in Wasser fortbewegen können, indem sie ihre dünnen Filamente, die einer winzigen Flosse ähneln, hin- und her schwingen. Ihre winzige Größe müsste nämlich dazu führen, dass Wasser für die Zellen eine zähe Flüssigkeit ist, in der jede Vorwärtsbewegung durch die entgegengesetzte Bewegung aufgehoben wird. Dies würde dazu führen, dass sie sich trotz der Bewegung ihrer „Flosse“ nicht fortbewegen können.
Spermien können trotzdem die Eizelle erreichen. Es ist bekannt, dass ihre „Flosse“, die in der Biologie auch als Filament und Flagellum bezeichnet wird, ein aktives Material ist, das an jedem Punkt seine Elastizität anpassen kann. Bisher war aber nicht bekannt, wie diese sogenannte „odd elasticity“ den Spermien dabei hilft, das dritte Newtonsche Gesetz zu brechen.
Forscher der Universität Kyoto haben laut einer Publikation im Fachmagazin PRX LIFE nun ein Modell entwickelt, laut dem Spermien durch zusätzliche Energie manipulieren können, wie innerhalb des Flagellums mechanische Kräfte weitergegeben werden.
Das Flagellum bewegt sich demnach zyklisch hin und her, verändert dabei auf bestimmten Abschnitten aber seine Elastizität. Teile des Flagellums verhalten sich dabei so, als ob sie eine negative Elastizität hätten. Diese Methode erlaubt es dem Spermien, sich durch Wasser fortzubewegen, als ob keine identische Rückstellkraft existiert.
Während des rhythmischen Oszillierens des Spermiums heben sich die auf den gesamten Organismus wirkenden Kräfte nicht wie bei einem elastischen Material über den gesamten Bewegungszyklus auf. Dies ermöglicht es dem Spermium sich trotz der symmetrischen Seitwärtsbewegungen des Flagellums fortzubewegen.
PRX LIFE, doi: 10.1103/PRXLife.1.023002
