Cu cozile lor asemănătoare biciului, spermatozoizii umani se propulsează prin fluide lipicioase, aparent sfidând cea de-a treia lege a mișcării a lui Newton, conform unui studiu recent care caracterizează mișcarea acestor celule sexuale și a algelor unicelulare.
Kenta Ishimoto, un matematician la Universitatea din Kyoto, și colegii săi au investigat aceste interacțiuni non-reciproce în spermatozoizi și în alți înotători biologici microscopici, pentru a afla cum alunecă prin materiale care ar trebui, teoretic, să reziste mișcării lor.
Când Newton și-a conceput acum celebrul său Legile mișcării În 1686, el a căutat să explice relația dintre un corp fizic și forțele care acționează asupra acestuia prin niște principii precise care s-au dovedit a nu se aplica neapărat celulelor microscopice care se zvârcolesc prin fluide vâscoase.
A treia lege a lui Newton poate fi rezumată astfel: „Pentru fiecare acțiune există o reacție egală și opusă”. Ea denotă o anumită simetrie în natură în care forțele opuse lucrează una împotriva celeilalte. În cel mai simplu exemplu, două bile de dimensiuni egale care se ciocnesc în timp ce se rostogolesc pe pământ își vor transfera forța și vor sări pe baza acestei legi.
Cu toate acestea, natura este dezordonată și… Nu toate sistemele sunt fizice Legat de aceste simetrii. Așa-numitele interacțiuni non-reciproce apar în sistemele sălbatice compuse din stoluri de păsări, Particule într-un lichid -Și spermatozoizi înot.
Acești agenți în mișcare se mișcă în moduri care prezintă interacțiuni asimetrice cu animalele din spatele lor sau cu fluidele care îi înconjoară, creând o lacună pentru forțe egale și opuse pentru a ocoli cea de-a treia lege a lui Newton.
Pentru că păsările și celulele Generați propria energiecare se adaugă sistemului cu fiecare batere a aripilor sau bici al cozii, sistemul este împins mai departe în afara echilibrului și nu se aplică aceleași reguli.
În studiul lor publicat în octombrie, Ishimoto și colegii săi au analizat date experimentale legate de spermatozoizii umani și au modelat, de asemenea, mișcarea… Alge verzi, Chlamydomonas. Amândoi înoată folosind un corp zvelt și flexibil Flagelii Care iese din corpul celular și își schimbă forma sau se deformează pentru a împinge celulele înainte.
Lichide foarte vâscoase În mod normal, energia flagelilor este disipată, împiedicând sperma sau algele unicelulare să se miște mult. Cu toate acestea, cumva, flagelul flexibil poate împinge aceste celule fără a provoca un răspuns din mediul înconjurător.
Cercetătorii au descoperit că cozile spermatozoizilor și flotele lor de alge„elasticitate ciudată”permițând acestor anexe flexibile să se miște fără a pierde multă energie în fluidul din jur.
Dar această proprietate elastică ciudată nu a explicat pe deplin propulsia generată de mișcarea ondulatorie a flagelului. Prin urmare, din studiile de modelare, cercetătorii au derivat și un nou termen, modulul excentric de elasticitate, pentru a descrie mecanica internă a flagelului.
„De la modele simple rezolvabile la forme de undă flagelare biologice Chlamydomonas „Și spermatozoizii, am studiat modulul de curbură individual pentru a descifra interacțiunile interne non-locale, non-reciproce din material”. am terminat.
Rezultatele pot ajuta la proiectarea mici, Roboți cu auto-asamblare Care imită materiale vii, în timp ce metodele de modelare pot fi folosite pentru a înțelege mai bine principiile de bază ale comportamentului colectiv, în echipă El a spus.
Studiul a fost publicat în Hyatt PRX.
O versiune anterioară a acestui articol a fost publicată în octombrie 2023.
„Organizator. Scriitor general. Prieten al animalelor de pretutindeni. Specialist în cultură pop. Expert în internet amator. Explorator.”