Сперматозоид человека в сравнении с кашалотом — Аатиш Бхатиа

Смотреть весь урок: http://ed.ted.com/lessons/human-sperm-vs-the-sperm-whale-aatish-bhatia

Для микроскопического сперматозоида передвижение — архисложная задача. Представьте себе человека, пытающегося плыть в бассейне, где вместо воды... другие люди. Мы можем сравнить путешествие сперматозоида с путешествием кашалота, используя критерий Рейнольдса, предсказав поведение жидкости, которое часто меняется в зависимости от размера пловца. Аатиш Бхатиа изучает великое (пусть и крошечное) путешествие сперматозоида.

Урок Аатиш Бхатиа, анимация Брэда Пернелла.

В 1977 году физик Эдвард Парселл

подсчитал, что если толкнуть бактерию
и дать ей возможность двигаться,

она остановится примерно через
миллионную долю секунды.

За это время она пройдёт расстояние
меньшее, чем ширина одного атома.

То же самое касается сперматозоидов
и многих других микробов.

Всё это связано с очень
маленьким размером.

Микроскопические создания
населяют чужеродный для нас мир,

где проплыть в воде всего
несколько сантиметров —

уже невероятный подвиг.

Но почему размер так важен для пловца?

Что так радикально отличает
мир сперматозоида

от мира кашалота?

Для того, чтобы это узнать, нам нужно
«погрузиться» в физику жидкостей.

Вот, как можно это рассматривать.

Представьте, что вы плаваете в бассейне.

Вот вы и ещё целая куча молекул воды.

Молекулы воды превышают вас по количеству

на тысячу триллионов триллионов к одному.

И вы легко проплываете сквозь них,
обладая таким огромным телом.

Но если бы вы были очень маленьким,

к примеру, размером с молекулу,

то вам бы вдруг показалось, что вы плывёте

в бассейне с людьми.

Вместо того, чтобы просто рассекать
всех этих малюсеньких, крохотных молекул,

теперь вы сталкиваетесь
с каждой «молекулой» —

человеком, которого нужно обойти,

чтобы куда-то добраться.

В 1883 году физик Осборн Рейнольдс

определил, что существует
одно простое число,

которое может предсказать,
как будет вести себя жидкость.

Оно называется числом Рейнольдса

и зависит от простых характеристик,
таких как размер пловца,

его скорость, плотность жидкости

и её вязкость.

Это означает, что существа
самых разных размеров

населяют сильно отличающиеся
друг от друга миры.

Например, из-за своего огромного размера

кашалот населяет мир
больших значений числа Рейнольдса.

Лишь раз взмахнув хвостом,

он может продвинуться вперёд
на невероятное расстояние.

В то время как сперматозоид живёт в мире
маленьких значений числа Рейнольдса.

Если бы сперматозоид прекратил
свои движения хвостом,

он бы и одного атома не преодолел.

Чтобы представить, каково это —
быть сперматозоидом,

вам нужно уменьшиться до размеров,
сопоставимых с его числом Рейнольдса.

Представьте, что вы находитесь
в банке с патокой,

а ваши руки движутся со скоростью

минутной стрелки часов.

Примерно в таких условиях
находится сперматозоид.

Но как тогда микробам удаётся
вообще куда-то добраться?

Многие из них вообще
не утруждают себя плаванием.

Еда сама к ним плывёт.

Они словно ленивые коровы,

которые ждут,
когда трава отрастёт до их рта.

Но многие микробы плавают,

и из них получаются
невероятные приспособленцы.

Один из их «трюков»:
изменять форму ресничек.

Ловко изгибая реснички,

так, чтобы при рабочем ходе возникало
большее сопротивление,

чем при обратном ходе,

одноклеточные организмы,
как, например, инфузории туфельки,

умудряются пробивать себе дорогу
сквозь «толпу» молекул воды.

Но существует
ещё более оригинальное решение,

которым пользуются бактерии
и сперматозоиды.

Вместо того, чтобы вилять
своими хвостиками туда-сюда,

они словно закручивают их по спирали.

Как штопор, открывающий бутылку вина,

превращает вращательное движение
в поступательное,

так и эти крошечные создания
закручивают свои спиралевидные хвостики,

чтобы продвинуться вперёд

в мире, где вода для них такая плотная,
как для нас бутылочная пробка.

Существуют ещё более странные
способы перемещения.

Некоторые бактерии ведут себя
подобно Бэтмену.

Они используют захватные «крюки»,
чтобы подтягивать самих себя.

Они даже могут применять
этот захватный «крюк»

в качестве рогатки,
чтобы бросить себя вперёд.

Другие используют химию.

Хеликобактер пилори живёт только
в слизистой, кислой среде

в наших желудках.

Она выпускает вещество,
которое разжижает окружающую слизь,

позволяя ей скользить по ней.

Нет ничего удивительного в том,

что эта бактерия является причиной
язвы желудка.

Итак, если вы взглянете более пристально
на человеческое тело и мир вокруг нас,

вы сможете увидеть множество
крошечных созданий,

которые находят умные способы обхода
неприятных ситуаций.

Без такой адаптации бактерии
никогда бы не нашли себе хозяина,

а сперматозоиды никогда не добрались бы
до своих яйцеклеток,

и у вас бы никогда не было язвы желудка,

но прежде всего не было бы и вас самих.

(Хлоп)