一项描述这些性细胞和单细胞藻类运动特征的新研究表明，人类精子凭借鞭状的尾巴在粘性液体中推动自身，这似乎违反了牛顿第三运动定律。
京都大学的数学科学家 Kenta Ishimoto 及其同事研究了精子和其他微观生物游泳者中的这些非互惠相互作用，以弄清楚它们如何在理论上应该抵抗其运动的物质中滑行。
当牛顿构思他现在著名的运动定律1686 年，他试图用一些简洁的原理来解释物理物体与作用在其上的力之间的关系，事实证明，这些原理不一定适用于在粘性液体中蠕动的微观细胞。
牛顿第三定律可以概括为“每一个作用力，都会产生一个大小相等、方向相反的反作用力”。 它表示自然界中一种特殊的对称性，其中相反的力量相互对抗。 在最简单的例子中，两个大小相等的弹珠在地面上滚动时发生碰撞，将根据该定律传递力并反弹。
然而，大自然是混沌的，并非所有物理系统受这些对称性的约束。 所谓的非互惠相互作用出现在由成群的鸟类组成的不守规矩的系统中，流体中的颗粒– 和游动的精子。
这些运动主体的运动方式与它们身后的动物或它们周围的液体表现出不对称的相互作用，形成了相等和相反的力的漏洞，从而绕过了牛顿第三定律。
因为鸟类和细胞产生自己的能量，随着翅膀的每一次拍打或尾巴的鞭打而被添加到系统中，系统的推力远离平衡，并且相同的规则不适用。
石本及其同事分析了人类精子的实验数据，并模拟了精子的运动绿藻,衣藻属。 两人都用细而柔韧的泳姿游泳鞭毛从细胞体突出，并且，或变形，以驱动细胞前进。
高粘度流体通常会消耗鞭毛的能量，从而阻止精子或单细胞藻类的大量移动。 然而不知何故，弹性鞭毛可以推动这些细胞前进，而不会引起周围环境的反应。
研究人员发现精子尾部和藻类鞭毛具有“奇弹性'，这使得这些灵活的附属物能够快速旋转，而不会向周围的液体损失太多能量。
但这种奇怪的弹性特性并不能完全解释鞭毛波状运动的推进力。 因此，从他们的建模研究中，研究人员还衍生出了一个新术语，即奇弹性模量，来描述鞭毛的内部力学。
“从可解的简单模型到生物鞭毛波形衣藻属和精子细胞，我们研究了奇数弯曲模量，以破译材料内的非局部、非互易的内部相互作用，”研究人员得出结论。
这些发现可能有助于设计小型、自组装机器人模仿生物材料，而建模方法可以用来更好地理解集体行为的基本原理，该团队添加。
该研究发表于 PRX 寿命。
