重要な物理法則に反する精子を科学者が発見：ScienceAlert

これらの生殖細胞と単細胞藻類の動きを特徴づけた最近の研究によると、人間の精子は鞭のような尾を持ち、粘着性のある液体の中を自ら推進するが、これは明らかにニュートンの運動の第3法則に反して行われるという。

京都大学の数学者、石本健太氏らは、理論的には運動に抵抗するはずの物質の中を精子やその他の微小な生物遊泳体がどのように滑り抜けるのかを調べるため、精子やその他の微視的な生物学的遊泳体におけるこれらの非相互作用を調査した。

ニュートンが今有名になった作品を構想したとき 運動の法則 1686年、彼は物体とそれに作用する力との関係を、粘性流体の中をうごめく微細な細胞には必ずしも当てはまらないことが判明した正確な原理によって説明しようとした。

ニュートンの第 3 法則は次のように要約できます。「あらゆる動作に対して、同等かつ反対の反応が存在します。」 それは、反対の力が互いに作用する性質における特定の対称性を示します。 最も単純な例では、同じサイズの 2 つのビー玉が地面を転がるときに衝突すると、この法則に基づいて力が伝わり、跳ね返ります。

しかし、自然というのは厄介なもので…。 すべてのシステムが物理的であるわけではありません これらの対称性によって束縛されます。 いわゆる非相互作用は鳥の群れで構成される野生系に現れます。 液体中の粒子 ――そして精子が泳ぐ。

これらの移動エージェントは、背後の動物または周囲の流体と非対称な相互作用を示す方法で移動し、ニュートンの第 3 法則を回避する等しい反対の力の抜け穴を作成します。

鳥と細胞だから 自らエネルギーを生成する翼を羽ばたかせたり尻尾を鞭打ったりするたびにシステムに追加されるため、システムはさらに平衡状態から外れてしまい、同じルールは適用されません。

10月に発表された研究では、石本氏らは人間の精子に関する実験データを分析し、精子の動きもモデル化した。 緑藻、 クラミドモナス。 二人ともスレンダーで柔軟な体を使って泳ぎます 鞭毛 細胞体から突き出て形状を変えたり、変形して細胞を前方に押し出すもの。

高粘度の液体 通常、鞭毛のエネルギーは消散され、精子や単細胞藻類はほとんど動くことができなくなります。 しかし、どういうわけか、柔軟な鞭毛は、周囲の環境からの反応を引き出すことなくこれらの細胞を押し出すことができます。

研究者らは、精子の尾とその藻類の群れが、「不思議な弾力」これにより、これらの柔軟な付属器官は、周囲の流体に多くのエネルギーを失うことなく動くことができます。

しかし、この奇妙な弾性特性は、鞭毛の波動によって生成される推進力を完全には説明できませんでした。 したがって、研究者らはモデリング研究から、鞭毛の内部機構を説明するための偏心弾性率という新しい用語も導き出しました。

「単純な可解モデルから生物学的鞭毛波形まで」 クラミドモナス 「そして精子細胞については、物質内の非局所的で非相互的な内部相互作用を解読するために、個々の曲率係数を研究しました。」 私は終える。

結果は、小規模な設計に役立ちます。 自己組み立てロボット 生きている素材を模倣し、モデリング手法を使用して集団的、チームの行動の基本原則をより深く理解することができます。 彼は言った。

この研究は、 ハイアット PRX。

この記事の前のバージョンは 2023 年 10 月に公開されました。