На микроскопическом уровне жидкость ведёт себя как плотный барьер, способный почти мгновенно остановить движение. Однако сперматозоиды умудряются продвигаться даже сквозь среды, которые должны оказывать им сильнейшее сопротивление. Исследование показало, что эти клетки используют странное свойство живой материи. Их движение, судя по всему, не подчиняется обычной симметрии действия и противодействия из третьего закона Ньютона. Как пишут исследователи, третий закон может нарушаться в открытой системе, куда энергия поступает от микроскопических активных элементов.
Сперматозоиды решают эту задачу с помощью жгутиков — гибких отростков, создающих бегущие волны. Эти волны приводятся в движение молекулярными двигателями внутри жгутика, который ведёт себя как активный материал. Исследование посвящено «странной эластичности». Такое несимметричное поведение поддерживает волны, даже когда вязкая жидкость рассеивает энергию. Для описания этого процесса разработана концепция «странной эластогидродинамики», которая отделяет процессы в жидкости от того, что происходит внутри жгутика. Введён также модуль нечётной упругости — инструмент, отличающий обычное поведение от активных невозвратных сил.
Команда применила модель к сперматозоидам человека и зелёным водорослям хламидомонадам. У сперматозоида внутренняя активность способствовала возникновению волны в жгутике, а пассивная эластичность стабилизировала его. У хламидомонады несимметричная реакция соответствовала волновому ритму биения. Проще говоря, хвост сперматозоида — энергозатратная структура, помогающая клетке перемещаться в мире, где обычное движение вперёд-назад невозможно. Результаты помогут понять движение живых систем — от отдельных клеток до скоординированных групп, а также создать крошечных роботов и искусственных микроплавателей.
Дорожное движение как среда для вычислений с низким энергопотреблением.
