Ils devraient être coincés.
Les fluides au niveau microscopique ne sont pas comme une piscine dans laquelle on peut plonger. Ce sont des boues épaisses et résistantes. Si vous arrêtez de pagayer, vous arrêtez instantanément de bouger. Il n’y a pas de glisse. Aucun élan.
Alors, comment un spermatozoïde passe-t-il à travers ? Cela ne devrait pas être possible.
Une nouvelle étude suggère qu’ils y parviennent en enfreignant les règles habituelles. Pas littéralement – la physique s’applique toujours – mais en exploitant une lacune dans notre façon de penser l’énergie et le mouvement.
Le problème de Newton
La troisième loi de Newton dit qu’action est égale à réaction. Vous poussez une bille, elle repousse. Simple. Symétrique.
Les spermatozoïdes sont différents. Ce sont des « systèmes actifs ». Ils injectent constamment leur propre énergie dans leurs mouvements. Ce ne sont pas des objets passifs flottant dans un ruisseau.
Comme l’écrivent les chercheurs de l’Université de Kyoto, “la troisième loi de Newton pourrait être enfreinte… si nous la considérons comme une loi ouverte, avec de l’énergie mécanique injectée à partir d’unités actives microscopiques”.
Ils ne détruisent pas l’univers. Ils font simplement quelque chose que l’univers ne s’attend pas à ce que les objets passifs fassent.
« En d’autres termes, ils révèlent ce qui se passe lorsque les systèmes vivants pompent leur énergie de l’intérieur. »
Pourquoi les petites choses sont importantes
Pour quelque chose d’aussi petit, l’inertie n’existe pas. La viscosité régit tout. Cela conduit à un problème appelé théorème de la coquille Saint-Jacques.
Si vous avancez, puis reculez exactement de la même manière, vous vous retrouvez exactement là où vous avez commencé. Dans un fluide épais, la symétrie tue le mouvement. Pour aller n’importe où, il faut briser la symétrie. Votre coup vers l’avant doit être différent de votre coup vers l’arrière.
Les spermatozoïdes utilisent des flagelles. Queues fines et ondulées.
La plupart des choses qui ondulent, comme un ressort en caoutchouc, reviennent immédiatement. Les queues de sperme sont alimentées par des moteurs internes. Ces moteurs ajoutent de l’énergie à la queue elle-même. La queue devient une matière active. Pas passif. Pas statique. Vivant avec de l’énergie.
La partie “étrange”
Cela nous amène à une « élasticité étrange ».
Dans les matériaux normaux, la force est réciproque. Vous poussez, il repousse également. Une élasticité étrange brise cette image miroir. En raison de l’énergie interne, le matériau réagit différemment de la force appliquée. Ce n’est pas réciproque.
Cela aide à maintenir les vagues même lorsque le fluide tente de les amortir.
Les chercheurs ont créé un cadre mathématique pour cela appelé élastohydrodynamique impaire. Cela semble lourd, mais cela permet essentiellement aux scientifiques de séparer ce que fait le fluide de ce que fait la queue en interne. La traînée masque la mécanique. Ce cadre le découvre.
Ce qu’ils ont trouvé
Ils ont testé le modèle sur du sperme humain et une algue verte appelée Chlamydomonas.
Les résultats étaient clairs. Dans le sperme, l’activité interne crée la vague, tandis que l’élasticité passive ne fait que la stabiliser. Chez l’algue, l’étrange élasticité alimente directement le rythme.
Cela signifie que la queue n’est pas seulement un fouet. C’est un moteur complexe et consommateur d’énergie. Il utilise des forces non réciproques pour se déplacer dans un monde où les mouvements de va-et-vient réguliers échouent.
Pourquoi est-ce important ?
Il explique comment la vie évolue à la plus petite échelle. Cela pourrait également aider à construire des robots microscopiques. Des machines qui ne restent pas coincées dans la boue visqueuse du corps humain, mais qui y nagent avec la même efficacité astucieuse qu’un spermatozoïde.
Nous pensions connaître les règles. Nous avons juste oublié que la vie écrit la sienne.
Référence : « Odd Elastohydrodynamics : Non-Reciprocal Living Material, Kenta Ishimoto et al., PRX Life.
