Необичайна еластичност помага на сперматозоидите да заобикалят третия закон на Нютон

Нютон формулира законите на механиката през 1686 г., за да обясни връзката между физически обект и действащите върху него сили. Третият закон гласи, че за всяко действие има равно по сила и противоположно по посока противодействие.

ОЩЕ: Фотони нарушиха квантовомеханичен аналог на първия закон на Нютон

Но трима специалисти по хидродинамика и математическо моделиране от университета в Киото (Япония) забелязали, че сперматозоидите и водораслите Chlamydomonas се движат с по-малко усилия, отколкото биха били необходими, ако третият закон на Нютон им действа линейно. Резултатите от работата са публикувани в списание PRX Life.

За да разберат динамиката на живите клетки във вискозна течност, учените разширили известната преди това концепция за антисиметрични еластични вибрации до нелинеен режим.

Заменяйки параметрите на неизменната форма на сперматозоидите в изчисленията с променливи (при движение те активно огъват опашката си, която заема основната част от дължината на клетката), изследователите успели да получат доста необичайни резултати за изчисляване на движението във вискозна среда.

Третият закон на Нютон не снижавал толкова силно скоростта на движение, тъй като в момента на влияние на противодействието на движещата се клетка нейната форма вече е успяла да се промени така, че това противодействие не я забавяло толкова силно.

Освен това, за да характеризират силите, действащи върху сперматозоидите, учените въвели нова концепция – модул на антисиметрична еластичност.

Сперматозоидите и водораслите Chlamydomonas (впрочем не само те) използват флагели (опашки) за придвижване. Те извършват вълнообразни движения, придвижвайки се през течността. Но прекалено вискозните течности обикновено разсейват енергията на флагела и забавят движението. Това обаче не се случило.

ОЩЕ: Сперматозоидите отказват да плуват наляво

Според специалистите опашките на сперматозоидите и флагелите на водораслите имат антисиметрична еластичност, което им позволява да се движат, без да губят много енергия. Флагелите се движат по специфичен начин: вълнообразно се извиват в отговор на движението на течността, предотвратявайки равна и противоположна реакция и запазвайки енергията на своя собственик.

Учените се надяват, че тяхното откритие ще помогне за разработването на малки, самосглобяващи се роботи, които имитират живи материали. А техните техники за моделиране могат да се използват за по-добро разбиране на основните принципи на колективно поведение.