Podle nedávné studie charakterizující pohyb těchto pohlavních buněk a jednobuněčných řas se lidské spermie se svými bičovitými ocasy pohánějí lepkavými tekutinami, zjevně v rozporu s třetím Newtonovým zákonem pohybu.
Kenta Ishimoto, matematik z Kjótské univerzity, a jeho kolegové zkoumali tyto nereciproční interakce u spermií a dalších mikroskopických biologických plavců, aby zjistili, jak klouzají skrz materiály, které by teoreticky měly bránit jejich pohybu.
Když Newton počal svůj nyní slavný Pohybové zákony V roce 1686 se snažil vysvětlit vztah mezi fyzickým tělem a silami, které na něj působí, některými přesnými principy, které, jak se ukázalo, nemusely nutně platit pro mikroskopické buňky svíjející se ve viskózních tekutinách.
Třetí Newtonův zákon lze shrnout takto: „Na každou akci existuje stejná a opačná reakce.“ Označuje určitou symetrii v přírodě, kde protichůdné síly působí proti sobě. V nejjednodušším příkladu dvě kuličky stejné velikosti, které se srazí, když se kutálejí po zemi, přenesou svou sílu a odrazí se na základě tohoto zákona.
Příroda je však nepořádná a… Ne všechny systémy jsou fyzické Svázáni těmito symetriemi. Takzvané nereciproční interakce se objevují v divokých systémech složených z ptačích hejn, Částice v kapalině -A plavání spermií.
Tito pohybující se činitelé se pohybují způsoby, které vykazují asymetrické interakce se zvířaty za nimi nebo s tekutinami, které je obklopují, a vytvářejí tak mezeru pro rovné a opačné síly k obcházení třetího Newtonova zákona.
Protože ptáci a buňky Vytvářejte vlastní energiikterý se do systému přidává s každým mávnutím křídel nebo bičem ocasu, systém je dále vytlačován z rovnováhy a neplatí stejná pravidla.
Ve své studii zveřejněné v říjnu Ishimoto a jeho kolegové analyzovali experimentální data týkající se lidských spermií a také modelovali pohyb… Zelené řasy, Chlamydomonas. Oba plavou pomocí štíhlého, pružného těla Flagella Který vyčnívá z těla buňky a mění tvar nebo se deformuje, aby tlačil buňky dopředu.
Vysoce viskózní kapaliny Normálně je energie bičíků rozptýlena, což zabraňuje spermiím nebo jednobuněčným řasám v pohybu. Flexibilní bičík však nějakým způsobem může tyto buňky zatlačit, aniž by vyvolal reakci z okolního prostředí.
Vědci zjistili, že ocasy spermií a jejich flotily řas„podivná elasticita“což umožňuje těmto pružným přívěskům pohybovat se bez ztráty velké energie pro okolní tekutinu.
Tato podivná elastická vlastnost však plně nevysvětlovala pohon generovaný vlnovým pohybem bičíku. Z modelovacích studií proto vědci odvodili také nový termín, excentrický modul pružnosti, pro popis vnitřní mechaniky bičíku.
„Od jednoduchých řešitelných modelů po biologické bičíkové vlny Chlamydomonas „A spermie, studovali jsme individuální modul zakřivení, abychom dešifrovali nelokální, nereciproční vnitřní interakce v materiálu.“ končím.
Výsledky mohou pomoci navrhnout malé, Samosestavující roboty To napodobuje živé materiály, zatímco metody modelování lze použít k lepšímu pochopení základních principů kolektivního, týmového chování Řekl.
Studie byla zveřejněna v Hyatt PRX.
Předchozí verze tohoto článku byla zveřejněna v říjnu 2023.
„Hudební učenec. Spisovatel. Zlý slanina evangelista. Hrdý twitter narkoman. Myslitel. Milovník internetu. Jemně okouzlující hráč.“
