Коливання джгутиків дозволяють обійти при русі в в’язкому середовищі закон рівності дії і протидії — третій закон Ньютона.
Дослідники з Кіотського університету вивчили рухи сперматозоїдів та інших мікроскопічних біологічних плавців, щоб з’ясувати, як вони ковзають крізь речовини, які теоретично повинні чинити опір їх руху. Аналіз показав, що рухи джгутиків дозволяють подолати реакцію середовища, обумовлену третім законом Ньютона.
Третій закон Ньютона говорить, що у кожної дії є рівна і протилежна протидія. У своїх експериментах дослідники помітили, що деякі водорості і сперматозоїди переміщаються з меншими зусиллями, ніж це повинно бути. Вони рухаються у в’язких середовищах, а це значить, що потрібно докласти зусиль, щоб проплисти крізь них.
Вивчаючи рух водоростей Chlamydomonas і людських сперматозоїдів під мікроскопом, дослідники виявили, що обидва види використовують джгутики для переміщення. Вони робили хвилеподібні рухи, штовхаючи мікроплавців крізь рідину. Такі рухи, відзначають вчені, повинні привести до реакції рідини відповідно до третього закону Ньютона і уповільнити рух. Але це було не так.
Форма джгутикових хвиль, які дозволяють уникнути протидії з боку середовища. Зображення: Kenta Ishimoto et al., PRX Life
Вчені виявили, що джгутики рухаються певним чином, щоб економити енергію. Трохи згинаючись хвилеподібно у відповідь на рух рідини, джгутики запобігають рівній і протилежній реакції, тим самим зберігаючи енергію свого власника. Моделювання руху джгутиків дозволить використовувати той же принцип при створенні крихітних роботів-плавців, вважають дослідники.