科學家發現精子違反物理定律之一

根據一項表征這些性細胞和單細胞藻類運動的新研究，人類精子用鞭子狀的尾巴推動自己穿過粘稠的液體，似乎無視牛頓第三運動定律。

京都大學的數學科學家Kenta Ishimoto及其同事研究了精子和其他微觀生物游泳者中的這些非相互相互作用，以弄清楚它們如何在理論上應該抵抗其運動的物質中滑行。

當牛頓構思他現在著名的運動定律1686年，他試圖用一些簡潔的原理來解釋物理物體與作用在其上的力之間的關系，事實證明，這些原理不一定適用于在粘性液體中蠕動的微觀細胞。

牛頓第三定律可以概括為“對于每一個動作，都有一個相等和相反的反應”。它表示自然界中對立力量相互對抗的特殊對稱性。在最簡單的例子中，兩個大小相等的彈珠在沿地面滾動時碰撞，將根據該定律傳遞其力和反彈。

然而，自然是混沌的，并非所有物理系統受這些對稱性的約束。所謂的非互惠相互作用出現在由鳥群組成的不守規矩的系統中，流體中的顆粒– 和游泳精子。

這些運動代理的移動方式顯示出與它們背后的動物或它們周圍的流體的不對稱相互作用，形成了相等和相反力的漏洞，以繞過牛頓第三定律。

因為鳥類和細胞產生自己的能量，它們每次拍打翅膀或尾巴的鞭子都會被添加到系統中，系統推力遠未達到平衡，并且相同的規則不適用。

Ishimoto及其同事分析了人類精子的實驗數據，并模擬了綠藻,衣藻.兩者都使用薄而彎曲的游泳鞭毛從細胞體突出的，并且更改形狀或變形，以驅動細胞前進。

高粘度流體通常會耗散鞭毛的能量，從而阻止精子或單細胞藻類移動太多。然而，不知何故，彈性鞭毛可以推動這些細胞前進，而不會引起周圍環境的反應。

研究人員發現，精子尾巴和藻類鞭毛具有”奇怪的彈性'，這使得這些靈活的附屬物可以鞭打而不會對周圍的流體損失太多能量。

但是這種奇怪的彈性特性并不能完全解釋鞭毛波狀運動的推進力。因此，從他們的建模研究中，研究人員還推導出一個新術語，一個奇數彈性模量，來描述鞭毛的內部力學。

“從可求解的簡單模型到生物鞭毛波形衣藻和精子細胞，我們研究了奇數彎曲模量，以破譯材料內非局部、非互易的內部相互作用，“研究人員說。結束.

這些發現可能有助于設計小型，自組裝機器人模仿生活材料，雖然建模方法可用于更好地了解集體行為的基本原則，但團隊增加.

該研究已發表在PRX人壽.

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