Ученые обнаружили сперму, нарушающую главный закон физики
Согласно недавнему 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.
В своем исследовании, опубликованном в октябре, Ишимото и его коллеги проанализировали экспериментальные данные о человеческой сперме, а также смоделировали движение зеленых водоросли, хламидомонада. 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 своих исследований по моделированию 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», — заключили исследователи.
Результаты могут помочь в разработке небольших самособирающихся роботы, которые имитируют живые материалы, а методы моделирования могут быть использованы для лучшего понимания основных принципов коллективного поведения, заявила команда.
Исследование было опубликовано в PRX Life.
Предыдущая версия этой статьи была опубликована в октябре 2023 года.
