Ученые обнаружили, что человеческие сперматозоиды бросают вызов третьему закону Ньютона, который еще известен как закон равенства действия и противодействия. Согласно этому закону, когда один объект действует с какой-то силой на другой, он сталкивается с равным по силе противодействием, направленным в противоположную сторону.

Например, если человек оперся об стену и давит на нее своим телом, ровно с такой же силой стена давит на человека. Однако сперматозоиды и некоторые другие микроскопические клетки умеют обходить этот закон — они скользят сквозь вязкие вещества, не сталкиваясь с сопротивлением.

Сперматозоиды, согласно третьему закону Ньютона, не должны двигаться в вязкой жидкости, но они способны продвигаться вперед

Почему сперматозоиды нарушают закон Ньютона

В недавнем исследовании ученые проанализировали водоросли Chlamydomonas и сперматозоиды человека. В результате обнаружили невзаимные взаимодействия, то есть нарушающие закон физики. Оба типа клеток для передвижения в вязкой жидкости используют жгутики, которые представляют собой волосоподобные придатки. Они напоминают хвост, который позволяет им продвигаться вперед за счет изменения его формы. Однако согласно третьему закону Ньютона, этого не должно происходить. Высоковязкие жидкости должны рассеять энергию жгутика, в результате чего сперматозоиды и одноклеточные водоросли не должны двигаться вперед.

Однако движение жгутиками клетки осуществляют без противодействия со стороны окружения. В результате они не затрагивают много энергии на движение в окружающей среде. В ходе исследования ученые обнаружили особенную эластичность жгутиков, однако она в полной мере не объясняет их волнообразные движения, которые не сталкиваются с сопротивлением.

Водоросли Chlamydomonas обладают двумя жгутиками

В результате моделирования исследователи выявили необычную внутреннюю механику этих отростков, которую описали термином “нечетный модуль упругости”, или “нечетный показатель эластичности”.

Чем выше у жгутиков нечетный модуль упругости, тем выше способность изменять форму без потери энергии, то есть не сталкиваясь с сопротивлением. Соответственно, от этого зависит эффективность движения клеток сквозь вязкую жидкость.

Какие еще организмы способны нарушать законы физики

Двигаться сквозь жидкости при помощи жгутиков способны не только водоросли и сперматозоиды. Подобными жгутиками обладают многие микроорганизмы. Более того, ученые считают, что у таких микроорганизмов, скорее всего, найдутся и другие нарушения правил физики.

Новое свойство жгутиков сперматозоидов ученые назвали нечетным показателем эластичности

Когда Ньютон описывал физические законы в 1686 году, он старался объяснить взаимосвязь между объектом и силами, которые на него воздействуют. Он использовал несколько четких принципов, которые, как выяснилось, не всегда применимы к природе, которая по своей сути хаотична. Проще говоря, не все физические системы связаны симметриями, на которых основан закон Ньютона.

Например, птицы и насекомые тоже часто генерируют собственную энергию, в результате чего система отклоняется от равновесия, и симметричные правила в ней перестают работать. Примером являются пчелы и шмели, которые обладают массивным телом и маленькими крыльями. Долгое время ученые были уверены, что по законам физики шмели вообще не должны летать. Их маленькие крылья, якобы, не способны создать достаточную подъемную силу. Но шмели об этом не знают.

Шмели обладают большим телом и маленькими крыльями, но это не мешает им летать

Почему же они летают? Эти насекомые используют совсем не те принципы полета, что позволяют летать самолетам. Шмелиные крылья, в отличие от крыльев самолета, изгибаются и образуют завихрения, которые обладают подъемной силой. Завихрения возникают как при взмахе крыльев, так и при их опускании.

По мнению авторов исследования, классификация микроорганизмов и клеток, способных к невзаимному движению, может быть очень важной и полезной. Подход, который они используют для движения, может быть использован в разработке небольших эластичных роботов, которые тоже смогут нарушать третий закон Ньютона.

Надо сказать, что не всегда сперматозоиды способны совершать правильные движения своими жгутиками. Поэтому недостаточная их подвижность является основной причиной мужского бесплодия.

источник