旋转游泳：陀螺旋转类型规范精子在三维空间中持久对称路径游动
摘要：精子通过调节它们的鞭毛对称性来在复杂的物理化学环境中导航并实现生殖功能。然而，尽管构成鞭毛引擎的一些组成部分存在固有的不对称性，精子如何向前游泳仍然是一个难题。尽管对精子导航和生理状态的对称性或非对称性至关重要，但到目前为止还没有方法能够稳定地在自由游动的精子中准确检测鞭毛的对称状态。即使是在非对称搏动下，如何出现对称的前进游泳，以及如何从实验上推测搏动的对称性或非对称性？在这里，我们数值上解析了围绕非对称搏动精子的游动流体力学。结果发现，精子的旋转对于在三维空间中持续形成对称路径的游动至关重要，使精子能够在搏动有任何缺陷的情况下向前游泳。精子在三维空间中的方向而不是游动路径可以反映搏动的对称状态，从而无需在三维空间中跟踪鞭毛。我们报告了精子运动和陀螺实验之间令人惊讶的对应关系，表明鞭毛在精子游动期间驱动着''陀螺''式旋转，并且这种类比不仅仅是一个类比。这些结果可能在将来的关于旋转和游动微生物和微型机器人的（非）对称性作用的研究中至关重要，因为在游动路径检测方面，人们极大地忽视了身体方向的检测。总之，精子的旋转可能为自然界中的前向推动和导航提供了一个可靠的机制，而这对于具有破碎对称性的鞭毛来说是不可能的。
作者：Xiaomeng Ren and Hermes Bloomfield-Gad^elha
论文ID：2307.10211
分类：Biological Physics
分类简称：physics.bio-ph
提交时间：2023-07-21