Людські сперматозоїди здатні долати густі середовища, демонструючи поведінку, що порушує класичний третій закон Ньютона.
У 1686 році Ісаак Ньютон сформулював свій третій закон: «На кожну дію є рівна і протилежна реакція». Цей закон вважається основоположним для розуміння взаємодії тіл у класичній фізиці. Однак у мікросвіті цей принцип не завжди діє. Мікроскопічні організми, зокрема сперматозоїди, можуть обходити цей закон у певних умовах.
«Природа хаотична, і не всі фізичні системи підпорядковуються симетріям», — зазначають вчені. Нереципрокні взаємодії, коли реакція не дорівнює дії, проявляються в зграях птахів, мікрочастинках у рідині й рухливих клітинах. Основна причина — власна енергія, яку генерують ці агенти. Вона порушує динамічну рівновагу, відтак звичайні фізичні закони втрачають силу.
Команда Кента Ісімото з Кіотського університету провела моделювання руху сперматозоїдів і водоростей Chlamydomonas globosa. Обидва типи клітин мають джгутики — гнучкі відростки, що забезпечують рух. Ці джгутики демонструють «дивну еластичність», яка дозволяє їм зберігати енергію під час руху. Навіть у в’язкому середовищі сперматозоїди можуть рухатись з ефективністю, що суперечить законам класичної механіки.
Проте сама еластичність не пояснює повністю це явище. Дослідники сформулювали новий термін — «дивний модуль еластичності», що описує внутрішню механіку джгутиків. «Ми вивчали дивний модуль згину, щоб розшифрувати нелокальні, нереципрокні взаємодії», — йдеться у висновках науковців. Ці відкриття можуть стати основою для створення мікро-роботів, які імітують природні механізми руху.
Дослідження, опубліковане в журналі PRX Life, змінює наше уявлення про те, як діють фізичні закони у біологічних мікросистемах.