In 1977, the physicist Edward Purcell calculated that if you push a bacteria and then let go, it will stop in about a millionth of a second. In that time, it will have traveled less than the width of a single atom. The same holds true for a sperm and many other microbes. It all has to do with being really small. Microscopic creatures inhabit a world alien to us, where making it through an inch of water is an incredible endeavor. But why does size matter so much for a swimmer? What makes the world of a sperm so fundamentally different from that of a sperm whale? To find out, we need to dive into the physics of fluids. Here's a way to think about it. Imagine you are swimming in a pool. It's you and a whole bunch of water molecules. Water molecules outnumber you a thousand trillion trillion to one. So, pushing past them with your gigantic body is easy, but if you were really small, say you were about the size of a water molecule, all of a sudden, it's like you're swimming in a pool of people. Rather than simply swishing by all the teeny, tiny molecules, now every single water molecule is like another person you have to push past to get anywhere. In 1883, the physicist Osborne Reynolds figured out that there is one simple number that can predict how a fluid will behave. It's called the Reynolds number, and it depends on simple properties like the size of the swimmer, its speed, the density of the fluid, and the stickiness, or the viscosity, of the fluid. What this means is that creatures of very different sizes inhabit vastly different worlds. For example, because of its huge size, a sperm whale inhabits the large Reynolds number world. If it flaps its tail once, it can coast ahead for an incredible distance. Meanwhile, sperm live in a low Reynolds number world. If a sperm were to stop flapping its tail, it wouldn't even coast past a single atom. To imagine what it would feel like to be a sperm, you need to bring yourself down to its Reynolds number. Picture yourself in a tub of molasses with your arms moving about as slow as the minute hand of a clock, and you'd have a pretty good idea of what a sperm is up against. So, how do microbes manage to get anywhere? Well, many don't bother swimming at all. They just let the food drift to them. This is somewhat like a lazy cow that waits for the grass under its mouth to grow back. But many microbes do swim, and this is where those incredible adaptations come in. One trick they can use is to deform the shape of their paddle. By cleverly flexing their paddle to create more drag on the power stroke than on the recovery stroke, single-celled organisms like paramecia manage to inch their way through the crowd of water molecules. But there's an even more ingenious solution arrived at by bacteria and sperm. Instead of wagging their paddles back and forth, they wind them like a cork screw. Just as a cork screw on a wine bottle converts winding motion into forward motion, these tiny creatures spin their helical tails to push themselves forward in a world where water feels as thick as cork. Other strategies are even stranger. Some bacteria take Batman's approach. They use grappling hooks to pull themselves along. They can even use this grappling hook like a sling shot and fling themselves forward. Others use chemical engineering. H. pylori lives only in the slimy, acidic mucus inside our stomachs. It releases a chemical that thins out the surrounding mucus, allowing it to glide through slime. Maybe it's no surprise that these guys are also responsible for stomach ulcers. So, when you look really closely at our bodies and the world around us, you can see all sorts of tiny creatures finding clever ways to get around in a sticky situation. Without these adaptations, bacteria would never find their hosts, and sperms would never make it to their eggs, which means you would never get stomach ulcers, but you would also never be born in the first place. (Pop)
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.