Колебания жгутиков позволяют обойти при движении в вязкой среде закон равенства действия и противодействия — третий закон Ньютона.
Исследователи из Киотского университета изучили движения сперматозоидов и других микроскопических биологических пловцах, чтобы выяснить, как они скользят сквозь вещества, которые теоретически должны сопротивляться их движению. Анализ показал, что движения жгутиков позволяют преодолеть реакцию среды, обусловленную третьим законом Ньютона.
Третий закон Ньютона гласит, что у каждого действия есть равное и противоположное противодействие. В своих экспериментах исследователи заметили, что некоторые водоросли и сперматозоиды перемещаются с меньшими усилиями, чем это должно быть. Они движутся в вязких средах, а это значит, что нужно приложить усилия, чтобы проплыть сквозь них.
Изучая движение водорослей Chlamydomonas и человеческих сперматозоидов под микроскопом, исследователи обнаружили, что оба вида используют жгутики для перемещения. Они совершали волнообразные движения, толкая микропловцов сквозь жидкость. Такие движения, отмечают ученые, должны привести к реакции жидкости в соответствии с третьим законом Ньютона и замедлить движение. Но это было не так.
Форма жгутиковых волн, которые позволяют избежать противодействия со стороны среды. Изображение: Kenta Ishimoto et al., PRX Life
Ученые обнаружили, что жгутики двигаются определенным образом, чтобы экономить энергию. Немного изгибаясь волнообразно в ответ на движение жидкости, жгутики предотвращают равную и противоположную реакцию, тем самым сохраняя энергию своего владельца. Моделирование движения жгутиков позволит использовать тот же принцип при создании крошечных роботов-пловцов, считают исследователи.
Читать далее:
«Адская» планета недалеко от Земли подает загадочные сигналы: ученые придумали, как их расшифровать
Посмотрите, как по-разному нашего соседа видят «Хаббл» и «Уэбб»
Странную утечку газа нашли в Балтийском море: она поставила ученых в тупик
На обложке: Изображение от Freepik