Des scientifiques ont détecté des spermatozoïdes défier l’une des principales lois de la Physique

Espermatozoides

Quand Newton a formulé ses lois du mouvement (maintenant célèbres) en 1687, il cherchait à expliquer la relation entre un objet physique et les forces qui agissent sur lui, en se basant sur quelques principes simples. Apparemment, ces découvertes ne s’appliquent pas nécessairement aux cellules microscopiques qui se déplacent à travers des fluides visqueux.

La troisième loi de Newton peut être résumée par « pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée ». C’est-à-dire une symétrie particulière dans la nature, où des forces opposées agissent les unes contre les autres. Dans l’exemple le plus simple, deux billes de même taille qui entrent en collision en roulant sur le sol transfèrent leur force et rebondissent.

Cependant, tous les systèmes physiques ne sont pas régis par cette symétrie. Les interactions dites non réciproques apparaissent dans des systèmes désordonnés composés, comme l’a conclu une nouvelle étude, de spermatozoïdes en mouvement.

Les spermatozoïdes défient l’une des principales lois de la physique

Le scientifique mathématicien de l’Université de Kyoto, Kenta Ishimoto, et ses collègues ont étudié ces interactions non réciproques chez les spermatozoïdes et autres nageurs biologiques microscopiques, afin de comprendre comment ils se déplacent à travers des substances qui, en théorie, devraient résister à leur mouvement.

Ces agents se déplacent en présentant des interactions asymétriques avec les fluides qui les entourent, créant une ouverture pour que des forces égales et opposées contournent la troisième loi de Newton.

Spermatozoïdes

Étant donné que les cellules, tout comme les oiseaux, génèrent leur propre énergie en battant leur queue ou leurs ailes, les mêmes règles ne s’appliquent pas.

Ishimoto et ses collègues ont examiné des données expérimentales sur les spermatozoïdes humains et ont également modélisé le mouvement des algues vertes, les Chlamydomonas. Les deux se déplacent en utilisant des filaments fins et incurvés qui sortent de leur corps et changent de forme pour propulser les cellules vers l’avant.

Normalement, les fluides hautement visqueux dissiperaient l’énergie d’un filament, empêchant ainsi un spermatozoïde ou une algue unicellulaire de se déplacer beaucoup. Cependant, d’une manière ou d’une autre, les filaments élastiques parviennent à propulser ces cellules sans provoquer de réaction du milieu environnant.

Spermatozoïdes

Les chercheurs ont découvert que les queues des spermatozoïdes et les filaments des algues ont une « élasticité étrange », ce qui leur permet de se déplacer sans perdre beaucoup d’énergie dans le fluide environnant.

Mais cette « élasticité étrange » n’expliquait pas totalement la propulsion du mouvement ondulatoire des filaments. Ainsi, à partir de leurs études de modélisation, les chercheurs ont défini un nouveau terme, un « odd elastic modulus » (un « module d’élasticité étrange »), pour décrire la mécanique interne des filaments.

Des modèles simples résolubles aux formes d’ondes flagellantes biologiques pour Chlamydomonas et les spermatozoïdes, nous avons étudié le módulo d’élasticité étrange pour décrypter les interactions internes non locales et non réciproques à l’intérieur du matériau.

Ont déclaré les chercheurs.

Selon Ishimoto, cette découverte pourrait aider à concrétiser un projet de petits robots élastiques capables de violer la troisième loi de Newton.