科学家发现精子违反物理定律之一

根据一项表征这些性细胞和单细胞藻类运动的新研究，人类精子用鞭子状的尾巴推动自己穿过粘稠的液体，似乎无视牛顿第三运动定律。

京都大学的数学科学家Kenta Ishimoto及其同事研究了精子和其他微观生物游泳者中的这些非相互相互作用，以弄清楚它们如何在理论上应该抵抗其运动的物质中滑行。

当牛顿构思他现在著名的运动定律1686年，他试图用一些简洁的原理来解释物理物体与作用在其上的力之间的关系，事实证明，这些原理不一定适用于在粘性液体中蠕动的微观细胞。

牛顿第三定律可以概括为“对于每一个动作，都有一个相等和相反的反应”。它表示自然界中对立力量相互对抗的特殊对称性。在最简单的例子中，两个大小相等的弹珠在沿地面滚动时碰撞，将根据该定律传递其力和反弹。

然而，自然是混沌的，并非所有物理系统受这些对称性的约束。所谓的非互惠相互作用出现在由鸟群组成的不守规矩的系统中，流体中的颗粒– 和游泳精子。

这些运动代理的移动方式显示出与它们背后的动物或它们周围的流体的不对称相互作用，形成了相等和相反力的漏洞，以绕过牛顿第三定律。

因为鸟类和细胞产生自己的能量，它们每次拍打翅膀或尾巴的鞭子都会被添加到系统中，系统推力远未达到平衡，并且相同的规则不适用。

Ishimoto及其同事分析了人类精子的实验数据，并模拟了绿藻,衣藻.两者都使用薄而弯曲的游泳鞭毛从细胞体突出的，并且更改形状或变形，以驱动细胞前进。

高粘度流体通常会耗散鞭毛的能量，从而阻止精子或单细胞藻类移动太多。然而，不知何故，弹性鞭毛可以推动这些细胞前进，而不会引起周围环境的反应。

研究人员发现，精子尾巴和藻类鞭毛具有”奇怪的弹性'，这使得这些灵活的附属物可以鞭打而不会对周围的流体损失太多能量。

但是这种奇怪的弹性特性并不能完全解释鞭毛波状运动的推进力。因此，从他们的建模研究中，研究人员还推导出一个新术语，一个奇数弹性模量，来描述鞭毛的内部力学。

“从可求解的简单模型到生物鞭毛波形衣藻和精子细胞，我们研究了奇数弯曲模量，以破译材料内非局部、非互易的内部相互作用，“研究人员说。结束.

这些发现可能有助于设计小型，自组装机器人模仿生活材料，虽然建模方法可用于更好地了解集体行为的基本原则，但团队增加.

该研究已发表在PRX人寿.

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