Secara umum disepakati bahawa sperma "berenang" dengan memukul atau memutar ekor lembutnya. Namun, sebuah pasukan penyelidikan yang diketuai oleh saintis telah menemui bahawa sperma sinar bergerak dengan memutar kedua ekor dan kepala. Pasukan itu kemudian menyiasat corak gerakan dan menunjukkannya dengan robot. Kajian mereka telah memperluas pengetahuan mengenai gerakan mikroorganisma dan memberi inspirasi untuk reka bentuk kejuruteraan robot.
Penemuan yang mengejutkan
Penyelidikan itu mengungkapkan mod pergerakan sperma sinar baru dan aneh, yang mereka sebut sebagai model "Heterogen Dual Helixes (HDH)." "Ini sebenarnya penemuan yang tidak disengajakan,"
Semuanya dimulakan dengan penelitian lain dari pasukan untuk mengembangkan teknik inseminasi buatan untuk memelihara ikan tulang rawan, termasuk jerung dan sinar, yang kerangka keseluruhannya atau sebagian besar terdiri dari tulang rawan. "Ikan kartilaginus dapat digunakan sebagai 'kilang' untuk menghasilkan antibodi terhadap penyakit, termasuk COVID-19. Oleh itu, kami ingin mengembangkan teknik inseminasi tiruan untuk membudidayakannya untuk akuakultur bernilai tinggi, ”katanya.
Semasa proses itu, pasukan sangat terkejut ketika mereka pertama kali melihat struktur unik dan gerakan berenang sperma sinar di bawah mikroskop. Mereka mendapati bahawa kepala sperma sinar berada dalam struktur heliks panjang dan bukannya bulat, dan berputar bersama dengan ekor ketika berenang.
Pasukan ini menyiasat lebih jauh mekanisme penggeraknya, terutama peranan kepala yang tepat dalam gerakan. Mereka mendapati bahawa sperma sinar terdiri daripada bahagian heliks yang heterogen: kepala spiral kaku dan ekor lembut, yang dihubungkan oleh "bahagian tengah" yang memberi tenaga untuk gerakan putaran. Kepala sperma sinar bukan hanya "wadah" bahan genetik tetapi juga memudahkan pendorong bersama dengan ekor lembut.
Untuk lebih memahami modus gerakan, pasukan menganalisis sejumlah besar data renang dan memerhatikan struktur dalaman sperma pada skala nano. Oleh kerana kepala dan ekor sperma sinar berputar ke arah yang sama dengan berbagai kecepatan dan amplitud putaran ketika berenang, tim menamakannya sebagai pendorong heliks ganda (HDH) heterogen.
Menurut analisis statistik mereka, kepala menyumbang sekitar 31% dari jumlah daya pendorong, yang merupakan dorongan kepala pertama yang direkodkan dalam semua sperma yang diketahui. Kerana sumbangan kepala, kecekapan pergerakan sperma sinar lebih tinggi daripada spesies lain seperti sterlet dan lembu, yang hanya didorong oleh ekor.
"Cara pendorong yang tidak tradisional seperti itu tidak hanya menyediakan sperma sinar dengan kemampuan menyesuaikan diri yang tinggi terhadap berbagai lingkungan likat, tetapi juga mengarah pada kemampuan gerakan, dan efisiensi yang unggul,".
Kebolehsuaian persekitaran yang tinggi
Kesesuaian persekitaran sangat penting dalam pemilihan semula jadi. Kepala dan ekor sperma sinar dapat menyesuaikan gerakan dan kontribusi mereka terhadap penggerak mengikut kelikatan persekitaran dan berenang dengan kecepatan yang berbeza untuk gerakan maju. Oleh itu, sperma sinar dapat bergerak di pelbagai persekitaran dengan kelikatan yang luas, menunjukkan kemampuan menyesuaikan diri dengan persekitaran yang tinggi.
Pasukan ini juga mendapati bahawa sperma sinar mempunyai kemampuan berenang dua arah yang unik, yang bermaksud bahawa mereka dapat berenang tidak hanya ke arah depan tetapi juga ke arah belakang. Keupayaan seperti itu memberikan kelebihan pada sperma di alam, terutama ketika mereka menghadapi rintangan. Dan sperma lain dengan kepala berbentuk bola atau batang tidak dapat mencapai gerakan dua arah.
Terima kasih kepada model HDH, kepala spiral sinar sperma mempunyai kemampuan berpusing aktif. Oleh kerana kepala dan ekor menyumbang kepada penggerak, sudut di antara keduanya akan menghasilkan daya lateral pada badan, yang memungkinkan sperma sinar berpusing, menunjukkan kelenturan tinggi dalam pergerakannya.
Robot berinspirasi bio menunjukkan model HDH
Model HDH yang pelik menunjukkan ciri-ciri yang luas dalam motilitas dan kecekapan dan memberi inspirasi kepada pasukan dalam merancang microrobots. Robot yang diilhamkan oleh bio, juga dengan kepala spiral yang kaku dan ekor lembut, menunjukkan keunggulan serupa daripada yang konvensional dari segi kemampuan menyesuaikan dan kecekapan di bawah input daya yang sama. Ia dapat bergerak dengan terampil di lingkungan dengan cairan, bahkan ketika kelikatannya berubah.
Kebolehan tersebut dapat memberikan pandangan untuk merancang robot renang untuk tugas kejuruteraan yang mencabar dan bioperubatan aplikasi di dalam tubuh manusia dengan persekitaran cecair yang kompleks, seperti di dalam saluran darah.