Ludzka sperma kontra kaszalot - Aatish Bhatia

Zobacz całą lekcję na: http://ed.ted.com/lessons/human-sperm-vs-the-sperm-whale-aatish-bhatia

Przemieszczanie się jest niezwykle trudne dla mikroskopijnego plemnika. Wyobraźmy sobie człowieka próbującego przepłynąć basen pełen innych ludzi. Podróż ludzkiego plemnika można przyrównać do podróży kaszalota, oszacowując liczbę Reynoldsa, czyli prognozę zachowania płynu, często wahającą się z uwagi na rozmiary pływaka. Aatish Bhatia odkryje przed nami wielką (choć maleńką) podróż plemnika.

Lekcja: Aatish Bhatia; animacja: Brad Purnell.

W 1977 roku fizyk Edward Purcell

oszacował, że popchnięta bakteria

oszacował, że popchnięta bakteria

zatrzyma się w ciągu milionowej części sekundy.

Przez ten czas przebędzie drogę

równą szerokości pojedynczego atomu.

Podobnie jest w przypadku plemnika

i wielu innych mikrobów.

Ma to związek z ich małymi rozmiarami.

Mikroby żyją w świecie nam obcym,

gdzie przemierzenie kilku centymetrów w wodzie

jest nie lada sztuką.

Dlaczego rozmiar ma taki wpływ na pływaka?

Co sprawia, że świat plemnika

tak bardzo rózni się

od świata kaszalota?

By się tego dowiedzieć,

trzeba zagłębić się w fizyce płynów.

Można to sobie wyobrazić następująco:

załóżmy, że pływasz w basenie.

Ty i masa cząsteczek wody,

które przewyższają cię liczebnie

tysiąc trylionów do jednego.

Łatwo się przez nie przepchnąć

wielkiemu ciału,

ale gdybyśmy byli bardzo mali,

powiedzmy rozmiaru cząsteczki wody,

byłoby to jak pływanie

w basenie pełnym ludzi.

Zamiast sunąć pomiędzy

małymi cząsteczkami,

teraz każda cząsteczka wody

jest jak inna osoba, obok której
trzeba się przepchnąć,

by gdziekolwiek dotrzeć.

W 1883 r. fizyk Osborne Reynolds odkrył,

że istnieje prosta liczba,

pozwalająca oszacować zachowanie płynów.

Zwana jest Liczbą Reynoldsa

i zależy od prostych właściwości,

na przykład rozmiaru pływaka,

jego prędkości,

gęstości i lepkości płynu.

gęstości i lepkości płynu.

gęstości i lepkości płynu.

Oznacza to,

że stworzenia różnych rozmiarów

zamieszkują bardzo różne środowiska,

Z uwagi na duże rozmiary,

kaszalot zamieszkuje

świat dużych liczb Reynoldsa.

Pojedynczym ruchem ogona

może przepłynąć niesamowity dystans.

Tymczasem nasze plemniki

zamieszkują niskie wartości liczby Reynoldsa.

Jeśli plemnik przestałby poruszać ogonkiem,

nie minąłby nawet pojedynczego atomu.

Żeby wyobrazić sobie,
jak to jest być plemnikiem,

trzeba sprowadzić się

do liczby Reynoldsa.

Wyobraź sobie, że pływasz
w wannie z melasą

ruszając rękami tak powoli,

jak minutowa wskazówka zegara

i już masz pojęcie,

na jakie przeciwności trafia plemnik.

Jak mikrobom udaje się gdziekolwiek dotrzeć?

Niektóre nawet nie próbują.

Czekają, aż pokarm sam podpłynie.

Coś jak leniwa krowa,

która czeka, aż odrośnie trawa pod pyskiem.

Wiele mikrobów jednak pływa

i to tu mają miejsce niesamowite adaptacje.

Jedną ze sztuczek

jest deformowanie kształtu wiosła.

Zmyślnie je wyginając,

tworzą większy opór przy uderzeniu

niż uderzeniu powrotnym.

Organizmy jednokomórkowe, jak pantofelek,

potrafią przebrnąć

przez natłok cząsteczek wody.

Jest jeszcze inne genialne rozwiązanie,

rozwinięte u bakterii i plemników.

Zamiast machać wiosełkami w przód i w tył,

zawijają je jak korkociąg.

Tak jak korkociąg w butelce wina

zamienia ruch obrotowy na ruch postępowy,

tak te małe stworzenia skręcają spiralne ogonki,

by móc poruszać się do przodu

w środowisku, gdzie woda
jest gęsta jak korek.

Inne strategie są nawet dziwniejsze.

Niektóre bakterie stosują strategię Batmana.

Podciągają się za pomocą
haków abordażowych.

Mogą nawet użyć tego haka

jako procy i wystrzelić się do przodu.

Inne stosują inżynierię chemiczną.

H. Pylori to bakteria żyjąca tylko

w lepkim kwasowym śluzie żołądka.

Uwalnia substancję chemiczną,

która rozcieńcza otaczający śluz,

pozwalając mu przepływać przez osad.

Może nie będzie to zaskoczeniem,

że te bakterie odpowiedzialne są

za wrzody żołądka.

Jeśli bardzo dokładnie przyjrzymy się

ciału i otaczającemu światu,

zauważymy różnorodność
mikroskopijnych stworzeń,

znajdujących sprytne sposoby poruszania

w trudnej sytuacji.

Bez tych adaptacji,

bakterie nigdy nie znalazłyby żywicieli,

a plemniki nigdy nie dotarłyby
do komórek jajowych,

Nigdy nie mielibyśmy wrzodów żołądka,

ale też nigdy byśmy się nie urodzili.