Необычная эластичность помогает сперматозоидам обходить третий закон Ньютона
Японские ученые признали человеческие сперматозоиды «нарушителями» третьего закона Ньютона. По их данным, во время движения они двигаются таким образом, что окружающая среда не влияет на них в соответствии с этим правилом.
Законы механики Ньютон придумал в 1686 году, чтобы объяснить взаимосвязь между физическим объектом и действующими на него силами. Третий закон гласит, что у каждого действия есть равное и противоположное противодействие.
Однако трое специалистов по гидродинамике и математическому моделированию из Киотского университета (Япония) заметили, что сперматозоиды и водоросли Chlamydomonas перемещаются с меньшими усилиями, чем это должно было быть, если бы третий закон Ньютона действовал на них линейно. Результаты работы опубликованы в журнале PRX Life.
Чтобы понять динамику живых клеток в вязкой жидкости, ученые распространили ранее известную концепцию антисимметричных упругих колебаний до нелинейного режима. Заменив в расчетах параметры неизменной формы сперматозоидов на изменяемые (те при движении активно изгибают хвост, занимающий основную часть длины клетки), они смогли получить достаточно необычные результаты для расчета передвижения в вязкой среде: третий закон Ньютона тут не снижал так сильно скорость перемещения, поскольку в момент влияния противодействия на движущуюся клетку ее форма уже успевала измениться так, что это противодействие не тормозило ее так сильно.
Кроме того, чтобы охарактеризовать силы, действующие на сперматозоиды, они ввели новую концепцию — модуль антисимметричной упругости.
Сперматозоиды и водоросли Chlamydomonas (впрочем, не только они) используют жгутики для перемещения. Они совершали волнообразные движения, толкаясь сквозь жидкость. Однако слишком вязкие жидкости, как правило, рассеивают энергию жгутика и замедляют движение. Но этого не происходило.
По мнению специалистов, хвосты сперматозоидов и жгутики водорослей обладают антисимметричной упругостью, которая позволяет им двигаться, не теряя много энергии. Жгутики двигаются определенным образом: они волнообразно изгибаются в ответ на движение жидкости, предотвращая равную и противоположную реакцию и сохраняя энергию своего владельца.
Ученые надеются, что их открытие поможет в разработке маленьких самособирающихся роботов, имитирующих живые материалы. А их методы моделирования можно будет использовать для лучшего понимания основополагающих принципов коллективного поведения.
Telegram 
Дзен 
VK Одной из главных анатомических особенностей эволюции рода Homo считается резкое увеличение объема черепной коробки за последние примерно два миллиона лет. За это время она в среднем увеличилась в три раза. Однако авторы нового исследования поставили под сомнение традиционную гипотезу, согласно которой этот процесс был результатом естественного отбора. По их мнению, он мог оказаться случайностью.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Астробиологи с помощью сложных трехмерных климатических моделей доказали, что растительная жизнь на Земле способна просуществовать еще около 1,8 миллиарда лет. Это значительно дольше, чем предсказывали предыдущие расчеты.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
В 2025 году детекторы гравитационных волн уловили потенциальное слияние черных дыр крайне малой массы. Ученые из Университета Майами считают, что участники того события могут открыть новое направление в исследовании темной материи.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии