Учените откриват сперма, която противоречи на ключов закон на физиката: ScienceAlert

Със своите подобни на камшик опашки човешките сперматозоиди се движат през лепкави течности, очевидно в нарушение на третия закон за движението на Нютон, според скорошно проучване, характеризиращо движението на тези полови клетки и едноклетъчни водорасли.

Кента Ишимото, математик от университета в Киото, и колегите му изследваха тези нереципрочни взаимодействия в сперматозоидите и други микроскопични биологични плувци, за да научат как те се плъзгат през материали, които на теория би трябвало да устояват на движението им.

Когато Нютон замисля своя вече известен Закони на движението През 1686 г. той се опитва да обясни връзката между физическото тяло и силите, действащи върху него, чрез някои точни принципи, които се оказва, че не е задължително да се прилагат към микроскопични клетки, гърчещи се през вискозни течности.

Третият закон на Нютон може да се обобщи по следния начин: „За всяко действие има еднаква и противоположна реакция“. Това означава определена симетрия в природата, където противоположните сили работят една срещу друга. В най-простия пример две топчета с еднакъв размер, които се сблъскват, докато се търкалят по земята, ще прехвърлят силата си и ще отскочат въз основа на този закон.

Природата обаче е разхвърляна и… Не всички системи са физически Обвързан от тези симетрии. Така наречените нереципрочни взаимодействия се появяват в диви системи, съставени от птичи ята, Частици в течност -И плуване на сперма.

Тези движещи се агенти се движат по начини, които проявяват асиметрични взаимодействия с животните зад тях или с течностите, които ги заобикалят, създавайки вратичка за равни и противоположни сили за заобикаляне на третия закон на Нютон.

Тъй като птиците и клетките Генерират собствена енергиякоето се добавя към системата с всяко пляскане на крилата им или камшик на опашките им, системата се изтласква още повече от равновесие и същите правила не се прилагат.

В изследването си, публикувано през октомври, Ишимото и колегите му анализираха експериментални данни, свързани с човешката сперма, и също моделираха движението на… Зелени водорасли, Хламидомонада. И двамата плуват, използвайки стройно, гъвкаво тяло Камшичета Което излиза от тялото на клетката и променя формата си или се деформира, за да избута клетките напред.

Силно вискозни течности Обикновено енергията на камшичетата се разсейва, което не позволява на спермата или едноклетъчните водорасли да се движат изобщо. Обаче по някакъв начин гъвкавият флагел може да избута тези клетки, без да предизвика отговор от заобикалящата ги среда.

Изследователите открили, че опашките на сперматозоидите и техните флоти от водорасли„странна еластичност“което позволява на тези гъвкави придатъци да се движат, без да губят много енергия от околната течност.

Но това странно еластично свойство не обяснява напълно задвижването, генерирано от вълновото движение на флагела. Следователно, от проучванията за моделиране, изследователите също извличат нов термин, ексцентричният модул на еластичност, за да опишат вътрешната механика на флагела.

„От прости разрешими модели до биологични флагеларни вълни Хламидомонада „И сперматозоидите, ние проучихме индивидуалния модул на кривина, за да дешифрираме нелокални, нереципрочни вътрешни взаимодействия в материала.“ завършвам.

Резултатите могат да помогнат при проектирането на малки, Самосглобяващи се роботи Които имитират живи материали, докато методите за моделиране могат да се използват за по-добро разбиране на основните принципи на колективното, екипно поведение Той каза.

Проучването е публикувано в Hyatt PRX.

Предишна версия на тази статия беше публикувана през октомври 2023 г.