Согласно новому исследованию, которое характеризует движение этих половых клеток и одноклеточных водорослей, человеческие сперматозоиды с помощью своих кнутообразных хвостов продвигаются сквозь вязкие жидкости, по-видимому, вопреки третьему закону движения Ньютона.
>
Кента Ишимото, учёный-математик из Киотского университета, и его коллеги исследовали эти невзаимные взаимодействия в сперматозоидах и других микроскопических биологических пловцах, чтобы выяснить, как они скользят сквозь вещества, которые теоретически должны сопротивляться их движению.
p>
Когда Ньютон придумал свои ныне знаменитые законы движения в 1686 году, он стремился объяснить взаимосвязь между физическим объектом и силами, действующими на него, с помощью нескольких четких принципов, которые, как оказалось, не обязательно применимы. микроскопическим клеткам, извивающимся в липкой жидкости.
Третий закон Ньютона можно резюмировать так: «На каждое действие существует равное и противоположное противодействие». Это означает особую симметрию в природе, где противоположные силы действуют друг против друга. В простейшем примере два шарика одинакового размера, сталкивающиеся при движении по земле, передают свою силу и отскакивают в соответствии с этим законом.
Однако природа хаотична, и не все физические системы связаны этим законом. симметрии. Так называемые невзаимные взаимодействия проявляются в неуправляемых системах, состоящих из стайных птиц, частиц в жидкости и плавающих сперматозоидов.
Эти подвижные агенты движутся таким образом, что демонстрируют асимметричное взаимодействие с животными, находящимися позади них, или с жидкости, которые их окружают, образуя лазейку для равных и противоположных сил, чтобы обойти третий закон Ньютона.
Потому что птицы и клетки генерируют собственную энергию, которая добавляется в систему с каждым взмахом крыльев или взмахом тела. их хвосты, система отодвинута далеко от равновесия, и те же правила не применяются.
Ишимото и его коллеги проанализировали экспериментальные данные о человеческой сперме, а также смоделировали движение зеленых водорослей, Chlamydomonas. Оба плавают, используя тонкие, гибкие жгутики, которые выступают из тела клетки и меняют форму или деформируются, продвигая клетки вперед.
Высоковязкие жидкости обычно рассеивают энергию жгутика, препятствуя образованию сперматозоидов или одноклеточных клеток. водоросли вообще не должны сильно двигаться. И все же каким-то образом эластичные жгутики могут продвигать эти клетки вперед, не вызывая реакции окружающей среды.
Исследователи обнаружили, что хвосты сперматозоидов и жгутики водорослей обладают «странной эластичностью», которая позволяет этим гибким придаткам хлестать. вокруг, не теряя при этом много энергии в окружающую жидкость.
Но это свойство странной упругости не полностью объясняет движение, вызванное волнообразным движением жгутиков. Поэтому в результате моделирования исследователи также вывели новый термин — нечетный модуль упругости — для описания внутренней механики жгутиков.
«От решаемых простых моделей к биологическим формам жгутиковых волн для хламидомонады и сперматозоидах, мы изучили модуль странного изгиба, чтобы расшифровать нелокальные, невзаимные внутренние взаимодействия внутри материала», — заключают исследователи.
Результаты могут помочь в разработке небольших самособирающихся роботы, имитирующие живые материалы, а методы моделирования можно использовать для лучшего понимания основных принципов коллективного поведения, добавляет команда.
Исследование опубликовано в PRX Life.
Распределение воды внутри Луны, по-видимому, несколько однобокое. Поверхности двух полушарий Луны заметно отличаются друг от…
Чтобы сфотографироваться, лучшие цифровые камеры на рынке открывают свой затвор. -0.45px; "> В 2023 году…
Супермассивная черная дыра, 300 миллионов легких лет, на расстоянии астрофизиков в тупике. -> Это само…
Попытка понять сложность мозга немного похожа на попытку понять обширность пространства-она выходит далеко за рамки…
Ученые, пытающиеся обнаружить неуловимую массу нейтрино, крошечные «призрачные частицы», которые могли бы решить некоторые из…
Новые наблюдения показали, что мы ошибались по поводу продолжительности дня на Уране. Это на 28…