Значит, технологии, все же, инопланетные: Ученые обнаружили, что если бы сперматозоиды не могли игнорировать законы физики, то люди бы не размножались

Человеческие сперматозоиды с лёгкостью перемещаются в вязких жидкостях, нарушая третий закон Ньютона. Чтобы понять, как они проникают через вещества, которые должны препятствовать их движению, учёный-математик Кента Исимото и его команда исследовали движение микроскопических биологических пловцов несколько лет назад.

Когда Исаак Ньютон сформулировал свои законы движения в 1686 году, он хотел объяснить взаимосвязь между объектами и силами с помощью простых принципов. Однако эти законы не всегда применимы к микроскопическим клеткам в вязких жидкостях.

Третий закон Ньютона гласит: «Каждому действию есть равное и противоположное противодействие». Он описывает симметрию в природе, где силы действуют друг против друга, как, например, при столкновении двух одинаковых шариков.

Однако природа не всегда подчиняется этим симметриям. В хаотичных системах, таких как стаи птиц или движение частиц в жидкости, возникают невзаимные взаимодействия.

Сперматозоиды перемещаются так, что взаимодействуют с окружающими жидкостями асимметрично, создавая лазейку для применения третьего закона Ньютона. Поскольку птицы и клетки вырабатывают энергию, система далека от равновесия, и к ней не применимы те же правила.

В своём исследовании, опубликованном в октябре 2023 года, Исимото и его коллеги проанализировали движение сперматозоидов человека и смоделировали движение одноклеточных водорослей хламидомонады. Оба вида передвигаются с помощью гибких жгутиков, которые меняют форму, чтобы продвигать клетку вперёд.

Вязкие жидкости обычно рассеивают энергию жгутиков, не позволяя клеткам двигаться. Однако эластичные жгутики могут приводить клетки в движение, не теряя много энергии.

Исследователи обнаружили, что жгутики сперматозоидов и водорослей обладают необычной эластичностью, которая позволяет им двигаться, не теряя много энергии в вязкой среде.

Но это свойство не могло полностью объяснить волнообразное движение жгутиков, поэтому учёные ввели новый термин — «неправильный» модуль упругости — для описания их внутренней механики.

«Мы изучили модуль нечётного изгиба, чтобы понять нелокальные, невзаимные внутренние взаимодействия в материале», — заключили исследователи.

Результаты могут помочь в разработке роботов, имитирующих живые организмы, а методы моделирования — в изучении коллективного поведения.

Исследование опубликовано в журнале PRX Life.