Крошечный организм, посрамивший Ньютона: ученые нашли сперматозоиды, нарушающие правила физики

Недавнее исследование, проведенное в Университете Киото, указало на сложное движение человеческих сперматозоидов и других микроскопических пловцов, таких как одноклеточные водоросли, раскрывая способ перемещения, который, похоже, опровергает третий закон движения Ньютона. Такой необычный взгляд на фундаментальный закон нашего мира может перевернуть многое из того, что известно науке и открыть для ученых новые области для изучения, пишет ScienceAlert.

У Фокус.Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и увлекательные новости из мира науки!

Под руководством Кенты Ишимото, ученого-математика, команда ученых исследовала, как этим биологическим пловцам удается эффективно перемещаться через плотные жидкости, которые традиционно должны противостоять их движению согласно классической физике. Третий закон Ньютона, который гласит, что каждое действие имеет равную и противоположную реакцию, определяет баланс, ожидаемый в большинстве физических взаимодействий. Однако сперматозоиды и подобные им крошечные пловцы, похоже, обходят этот закон при движении через липкие, высоковязкие жидкости.

Сперматозоиды и водоросли обладают хлыстообразными придатками, называемыми жгутиками, которые двигают их вперед. Эти жгутики деформируются волнообразно, создавая энергию, которая асимметрично взаимодействует с жидкостью, обеспечивая движение вперед без равной реакции в противоположном направлении. Это явление, известное как "невзаимное взаимодействие", встречается и в других природных формированиях, таких как стаи птиц или взвешенные в жидкости частицы, где традиционная физическая симметрия нарушена.

Исследователи установили, что уникальная гибкость жгутиков играет решающую роль в этом невзаимном движении. Хвосты сперматозоидов и жгутики водорослей обладают особым свойством — "странной эластичностью", позволяющей им изгибаться и извиваться без потери энергии в окружающую жидкость. В условиях высокой вязкости эта странная эластичность обеспечивает движения, которые обычно невозможны по стандартным физическим законам. Для количественной оценки этого эффекта исследователи ввели в свои модели новый термин — "модуль странной упругости", который описывает внутреннюю механику, обеспечивающую эффективное асимметричное движение, говорится в исследовании, опубликованном в журнале PRX Life.

Способность биологических пловцов эффективно перемещаться в густых жидкостях может вдохновить ученых на создание микророботов, имитирующих эти природные системы. Такие роботы однажды смогут ориентироваться в сложных средах человеческого тела, что может помочь в таких областях медицины, как адресная доставка лекарств или неинвазивная диагностика, считают авторы.

Также Фокус писал о потенциальном прорыве в лечении бесплодия. Ученым удалось создать мышей с двумя отцами, используя только мужские клетки.