サイズが重要：微生物の泳ぎの物理学

要約

この記事では、微生物である細菌や精子などの微小な生物の泳ぎの能力に影響を与える流体の物理学について探求します。レイノルズ数という、流体の振る舞いを予測することができる単純な数値について掘り下げ、異なるサイズの生物が大きく異なる世界に生息する理由を説明します。また、これらの微小生物が粘着状態でどのように移動するかについて、信じられないほどの適応力についても議論します。

泳ぎにおいてサイズが重要な理由

精子がクジラのように速く泳げない理由は、流体の物理学にあります。細菌や精子などの微小生物は、我々にとって異質な世界に生息しており、1インチの水を通過することが信じられないほどの試練であることがあります。泳ぐためには、サイズが重要である理由は、生物が小さいほど、水分子を押し抜くことがより困難になるためです。

レイノルズ数と異なる世界

レイノルズ数は、流体の振る舞いを予測することができる単純な数値です。泳ぐ生物のサイズ、速度、流体の密度、粘着性などの単純な特性に依存します。レイノルズ数のため、非常に異なるサイズの生物が、大きく異なる世界に生息しています。例えば、クジラは大きなレイノルズ数の世界に生息しているのに対し、精子は低いレイノルズ数の世界に生息しています。

分子の世界での泳ぎ

精子のような微生物であると想像するには、自分をそのレイノルズ数に合わせる必要があります。自分自身を糖蜜の入った浴槽にいるような状態に想像し、腕を時計の針のようにゆっくり動かすと、精子がどのような状況に直面しているかをかなり良く理解できます。多くの微生物は泳がずに、食物が自分たちに漂ってくるのを待っています。しかし、多くの微生物は泳ぎ、信じられないほどの適応力によって、粘着状態で移動することができます。

泳ぐための信じられないほどの適応力

微生物は、泳ぐために信じられないほどの適応力を利用しています。彼らが使うトリックの1つは、パドルの形を変形させることです。パドルを巧みに曲げて、パワーストロークでドラッグを増やし、リカバリーストロークよりもドラッグを減らすことで、パラメシアなどの単細胞生物は、水分子の群れを縫って移動することができます。細菌や精子は、水がコーンスターチのように厚く感じる世界で、パドルをコルクスクリューのように回転させて前進します。一部の細菌は、引っ掛かりフックを使用して自分自身を引っ張り、周囲の粘液を薄めて滑らかに移動します。

結論

結論として、流体の物理学は、細菌や精子などの微小生物の泳ぎの能力に影響を与えます。レイノルズ数は、流体の振る舞いを予測し、異なるサイズの生物が大きく異なる世界に生息する理由を説明します。信じられないほどの適応力によって、これらの微小生物は粘着状態で移動することができます。これがなければ、細菌はホストを見つけることができず、精子は卵に到達することができません。