Spermatozoo umano vs. Capodoglio - Aatish Bhatia

Vedi la lezione completa qui: http://ed.ted.com/lessons/human-sperm-vs-the-sperm-whale-aatish-bhatia

Viaggiare è un'impresa veramente ardua per un microscopico spermatozoo. Pensate ad un essere
umano che cerca di nuotare in una piscina fatta di altri esseri umani. Possiamo paragonare il viaggio di uno spermatozoo a quello di un Capodoglio calcolando il numero di Reynolds, una previsione di come il fluido si comporterà, spesso fluttuante a causa delle dimensioni del nuotatore. Aatish Bhatia esplora il fantastico (seppur brevissimo) viaggio dello spermatozoo.

Lezione di Aatish Bhatia, animazione di Brad Purnell.

Nel 1977, il fisico Edward Purcell

calcolò che se si spinge un batterio

e poi lo si lascia andare,

si fermerà dopo circa un milionesimo di secondo.

In quell'intervallo di tempo, avrà percorso una distanza inferiore

allo spessore di un atomo.

Lo stesso vale per uno spermatozoo

e per molti altri microbi.

Tutto ciò riguarda esseri di dimensioni davvero ridotte.

Le creature microscopiche abitano in un mondo, per noi alieno,

dove attraversare pochi centimetri d'acqua

è un'impresa straordinaria.

Ma perché le dimensioni sono così importanti per un nuotatore?

Cosa rende il mondo di uno spermatozoo

così radicalmente diverso

da quello di un capodoglio?

Per scoprirlo, dobbiamo immergerci

nella fisica dei fluidi.

Ecco come possiamo farcene un'idea.

Pensate di nuotare in una piscina.

Ci siete voi e un bel po' di molecole d'acqua.

Le molecole d'acqua sono più numerose rispetto a voi

mille trilioni di trilioni a uno.

Quindi, per voi, spingervi avanti

con il vostro corpo gigantesco è facile,

ma se foste davvero molto piccoli,

diciamo delle dimensioni di una molecola d'acqua,

tutto ad un tratto, sarebbe come nuotare

in una piscina di persone.

Invece di scivolare attraverso

tutte quelle piccole, minuscole molecole,

ora ogni singola molecola

è come un'altra persona che dovete spingere da parte

se volete arrivare da qualche parte.

Nel 1883, il fisico Osborne Reynolds

capì che c'è un semplice numero

che può prevedere come un fluido si comporterà.

Si chiama numero di Reynolds,

e dipende da proprietà semplici

come le dimensioni del nuotatore,

la sua velocità

la densità del fluido,

e la viscosità

del fluido.

Questo significa che creature

di dimensioni molto diverse abitano

mondi enormemente diversi tra loro.

Per esempio, a causa delle sue dimensioni enormi

il capodoglio

abita il mondo dei grandi numeri di Reynolds.

Con un solo colpo di coda,

riesce ad avanzare di distanze incredibili.

Invece, gli spermatozoi vivono

in un mondo dove il valore del numero di Reynolds è basso.

Se uno spermatozoo smettesse di agitare la coda,

non riuscirebbe a spostarsi nemmeno di un atomo.

Per riuscire a immaginare cosa si prova ad essere come uno spermatozoo,

bisogna mettersi all'altezza

del suo numero di Reynold.

Immaginate di essere immersi in un vaso di melassa

con le braccia che si muovono

lentamente, quasi come la lancetta dei minuti di un orologio;

ecco, ora avete un'idea piuttosto chiara

di quello che uno spermatozoo deve affrontare.

Allora, come fanno i microbi ad arrivare da qualche parte?

Beh, molti non si prendono neanche il disturbo di nuotare.

Semplicemente lasciano che il cibo arrivi a loro.

Un po' come una mucca pigra

che aspetta che l'erba ricresca all'altezza della sua bocca.

Molti microbi però nuotano

e qui entrano in scena alcuni adattamenti davvero straordinari.

Uno dei trucchi che usano

è modificare la forma dei loro remi.

Flettendo abilmente le loro pagaie

per creare maggiore attrito nella fase di passata

che nella fase di ripresa,

alcuni organismi unicellulari come il paramecio

si fanno strada

tra la folla delle molecole acquatiche.

Ma c'è una soluzione ancora più ingegnosa

che arriva dai batteri e dagli spermatozoi,

Invece di agitare le loro pale avanti e indietro,

le muovono a spirale, come un cavatappi.

Proprio come un cavatappi applicato a una bottiglia di vino

converte il moto a spirale in moto in avanti,

queste minuscole creature ruotano le loro code elicoidali

per spingersi in avanti

in un mondo in cui l'acqua è densa come sughero.

Altre strategie sono ancora più strane.

Alcuni batteri adottano una tecnica alla Batman.

Usano una sorta di rampini lungo i quali si tirano su.

Riescono anche ad usare questi rampini

come una fionda, proiettandosi in avanti.

Altri ancora usano l'ingegneria chimica.

L'Helicobacter pylori vive solo nelle mucose acide e viscide

che si trovano nel nostro stomaco.

Rilascia una sostanza chimica

che diluisce il muco circostante,

consentendogli di scivolare attraverso la melma.

Non c'è da meravigliarsi

che questi individui siano anche i responsabili

dell'ulcera gastrica.

Perciò, quando guardiate proprio da vicino

il vostro corpo e il mondo intorno a voi,

potete vedere ogni sorta di minuscole creature

che trovano soluzioni ingegnose per muoversi

in condizioni difficili.

Senza questi adattamenti,

i batteri non troverebbero mai gli organismi ospiti

e gli spermatozoi non ce la farebbero mai ad arrivare agli ovuli,

il che significa che voi non avreste mai l'ulcera gastrica,

ma anche, e in primo luogo, che non sareste mai nati.