Podľa nedávnej štúdie charakterizujúcej pohyb týchto pohlavných buniek a jednobunkových rias sa ľudské spermie pohybujú cez viskózne tekutiny pomocou tretieho Newtonovho zákona pohybu.
Matematický vedec z Kjótskej univerzity Kenta Ishimoto a jeho kolegovia skúmali tieto nevratné interakcie v spermiách a iných mikrobiálnych plavcoch, aby zistili, ako kĺžu cez látky, ktoré by teoreticky spomalili ich pohyb.
Keď Newton počal svoju dnes už slávnu pravidlá rýchlosti V roku 1686 sa pokúsil vysvetliť vzťah medzi fyzickým objektom a silami, ktoré naň pôsobia, pomocou niekoľkých jasných princípov, ktoré však nie sú nevyhnutne použiteľné pre mikroskopické bunky, ktoré sa pohybujú vo viskóznych tekutinách.
Tretí Newtonov zákon možno zhrnúť ako „Na každú akciu existuje rovnaká a opačná reakcia“. Symbolizuje zvláštnu symetriu v prírode, kde proti sebe pôsobia protichodné sily. V najjednoduchšom príklade sa dva rovnako veľké kamene pri kotúľaní po zemi zrazia a na základe tohto zákona prenesú svoju silu a odraz.
Príroda je však chaotická, a Nie všetky fyzické systémy sú viazané týmito symetriami. Takzvané nerecipročné interakcie sa objavujú v nekontrolovaných systémoch zložených z kŕdľov vtákov, častice v kvapaline – A plávajúce spermie.
Tieto dynamické látky sa pohybujú spôsobmi, ktoré vykazujú asymetrické interakcie so zvieratami za nimi alebo s tekutinami, ktoré ich obklopujú, čím vytvárajú medzeru pre rovnaké a opačné sily, aby unikli tretiemu Newtonovmu zákonu.
pretože vtáky a bunky vytvárať si vlastnú energiuktoré sú pridané do systému s každým mávnutím krídel alebo švihom chvosta, systém je vychýlený z rovnováhy a rovnaké pravidlá už neplatia.
Vo svojej štúdii zverejnenej v októbri Ishimoto a kolegovia analyzovali experimentálne údaje o ľudských spermiách a tiež modelovali ich pohyb. zelené riasy, chlamydomonas, Obaja plávajú tenké, ohnuté dopredu bičíky Ktorý sa pohybuje von z tela bunky a mení tvar alebo sa deformuje, aby poháňal bunky dopredu.
vysoko viskózne kvapaliny Zvyčajne rozptýli energiu bičíka, čím bráni spermiám alebo jednobunkovým riasam v pohybe. A predsa nejakým spôsobom môžu elastické bičíky poháňať tieto bunky bez toho, aby vyvolali reakciu svojho okolia.
Vedci zistili, že v chvoste spermií a bičíkoch rias 'zvláštna elasticita“Čo umožňuje týmto flexibilným príveskom pohybovať sa bez straty energie v okolitej tekutine.
Ale táto vlastnosť zvláštnej elasticity úplne nevysvetľuje pohon vlnovitým pohybom bičíkov. Takže z ich modelovacej štúdie výskumníci odvodili aj nový termín, zvláštny modul pružnosti, na opis vnútornej mechaniky bičíkov.
„Od riešiteľných jednoduchých modelov až po biologické bičíkové vlny chlamydomonas a spermie, študovali sme modul anomálneho ohybu, aby sme pochopili nemiestne, nerecipročné vnútorné interakcie v materiáli,“ uviedli vedci. uzavrel,
Zistenia môžu pomôcť pri navrhovaní malých, samomontážny robot ktoré napodobňujú živé materiály, zatiaľ čo metódy modelovania možno použiť na lepšie pochopenie základných princípov kolektívneho správania, tím Povedal,
Štúdia bola publikovaná v r PRX Life,
Staršia verzia tohto článku bola uverejnená v októbri 2023.
