(东京3日综合电)日本京都大学研究团队最新发现,人类精子在微观世界中展现出令人惊异的游动能力,看似违反牛顿第三运动定律,实则揭示了生物世界的精妙机制。
科学新闻网站《Science Alert》报道,研究团队发现,精子能在高黏度液体中自如前进,这项特殊能力源自其尾部具备“奇异弹性”(odd elasticity)的特性。
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领导研究的京都大学数学科学家石元健太表示,这种特性使精子得以在理论上应该寸步难行的环境中,优雅地“游”过重重阻碍。
牛顿第三运动定律指出,“作用力与反作用力大小相等、方向相反”。以两颗相撞的弹珠为例,它们会依循这项定律产生力的传递与反弹。然而,在微观世界中,这条看似放之四海而皆准的定律,却面临了精子、单细胞藻类微生物的“挑战”。
研究人员分析发现,精子与单细胞藻类(Chlamydomonas)都能透过细胞尾部的鞭毛,在高黏度液体中顺利前进。这种运动方式展现出与周遭环境的不对称互动,创造出一个巧妙回避牛顿第三定律的机制。
这种特殊的弹性,让精子尾部像鞭子一样摆动,却不会将太多能量损耗在周围的液体中,使它能有效地向前推进。
研究团队进一步提出了一个新的概念:“奇异弹性模量”(odd elastic modulus),用以描述鞭毛内部的力学特性,并解释精子如何在高黏度液体中移动。
这项发现不仅有助于理解生物运动机制,更可能启发未来微型机器人的设计。相关研究成果已发表于《PRX Life》期刊。
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