Nová studie odhalila, že lidské spermie se nemusí chovat podle jednoho z nejzákladnějších zákonů fyzika: Newtonův třetí zákon pohybu.
Výsledky výzkumu zveřejněné v časopise PRX Life pocházejí z týmu vedeného Kenta Ishimoto na Kyoto University. Vědci prozkoumali, jak se spermie pohybují tlustými gelovými tekutinami uvnitř lidského těla.
Navzdory očekáváním od klasické mechaniky se sperma nadále efektivně plave v těchto hustých prostředích – více jako med než voda -, kde by se většina objektů rychle zpomalila nebo zastavila.
Způsob, jak plavat
Newtonův třetí zákon uvádí, že každá akce má stejnou a opačnou reakci. U plavců ve viskózních tekutinách to znamená, že každý tlak vpřed by se měl setkat s odpovídající silou, která se tlačí dozadu. Tento zpětný zpětný tlak obvykle snižuje rychlost nebo zastavuje pohyb úplně. Zdá se však, že sperma nesleduje toto pravidlo.
Místo toho se jejich ocasy – nazývané bičíky – pohybují a pohybují se tak, že se vydávají typický odpor. Spíše než použití symetrických tahů, které tlačí proti tekutině a spustí přímý protiforce, spermie vytvářejí jednostranný pohyb vlny. To jim umožňuje pohánět bez očekávané úrovně tažení.
Lichá elasticita nabízí možné vysvětlení
Abychom vysvětlili toto překvapivé chování, vědci představili koncept „liché elasticity“. Termín popisuje, jak určité mikroskopické struktury, jako jsou spermie Ocasy a bičíky jednobuněčných řas, deformují způsobem, který zabraňuje tradiční zpětné vazbě z tekutiny kolem nich.
Lidské spermie porušuje Newtonův třetí zákon.
Tento zákon uvádí, "Pro každou akci existuje stejná a opačná reakce."
U spermií to však není.Vždy nám bylo řečeno, že ocas umožňuje spermatickým buňkám pohybovat se vpřed.
Ale … dělají to nereciprocal… pic.twitter.com/jdfrpnyzff
– Úžasná fakta (@Wonderfunf9688) 20. listopadu 2023
Lidské spermie porušuje Newtonův třetí zákon. 
Tyto pohyby jsou nereciprokální, což znamená, že pohyb není jednoduše zvrácen prostředím, jak by předvídala newtonovská fyzika. Když se bičík ohýbá v tomto specifickém vzoru, interaguje s tekutinou odlišně. Umožňuje buňce generovat pohon bez spuštění standardní protichůdné síly.
Tým použil matematické modely a simulace k podpoře jejich zjištění a poznamenal, že jiné mikroorganismy – jako jsou jako Chlamydomonas řasy – Pomohou použít podobné techniky k efektivnímu pohybu v silném prostředí.
Nové možnosti fyziky robotiky a měkké hmoty
Objev přináší potenciální důsledky nad rámec biologie. Pochopení toho, jak tito malí plavci vzdorují fyzickým normám, by mohly inspirovat nové vzory v mikrorobotice. Inženýři by mohli použít tyto principy k vývoji miniaturních strojů schopných navigovat prostřednictvím složitých prostředí, jako jsou lidské tělo nebo hluboké mořské sedimenty.
Tento výzkum Otevírá nové dveře ve fyzice měkké hmoty a bioinženýrství. Vědci se učí, jak živé systémy nacházejí chytré způsoby, jak se pohybovat, když standardní fyzika říká, že by to neměly.
Studie také vyvolává širší otázky o tom, jak se fyzické zákony vztahují na život v mikroskopickém měřítku. Jak vědci nadále zkoumají mechaniku pohybu v biologických systémech, zdá se, že hranice mezi fyzikou a biologií roste flexibilnější.
