Cientistas Flagram Espermatozoides Desafiando uma Lei Importante da Física
Utilizando suas caudas longas e finas, os espermatozoides humanos navegam através de líquidos espessos, desafiando aparentemente os princípios da terceira lei de Newton sobre o movimento. Essa observação foi destacada em uma análise recente que investigou a dinâmica dessas células reprodutivas e de algas unicelulares.
Na Universidade de Kyoto, o especialista em matemática Kenta Ishimoto e sua equipe se aprofundaram nas interações únicas observadas em espermatozoides e outras entidades biológicas minúsculas capazes de movimento. Eles exploraram a habilidade desses seres de deslizar por meios que, teoricamente, deveriam impedir seu avanço.
Quando Newton estabeleceu suas leis do movimento em 1686, ele buscou definir a relação entre um objeto e as forças que atuam sobre ele, propondo vários princípios concisos. Contudo, esses princípios aparentemente não se aplicam sempre para organismos microscópicos que se movimentam em fluidos densos.
A terceira lei de Newton é essencialmente a ideia de que cada ação encontra uma reação igual e oposta, ilustrando um certo equilíbrio na natureza onde forças se contrapõem. Um exemplo básico disso pode ser visto quando duas bolas de gude do mesmo tamanho colidem enquanto rolam, trocando energia e recuando de acordo com este princípio.
No entanto, o mundo natural é complexo, e nem todos os cenários físicos aderem a essas interações equilibradas. Exemplos de interações não-recíprocas são observados em sistemas desordenados, como grupos de aves, partículas em líquidos e, notavelmente, espermatozoides nadando.
Essas entidades ativas exibem movimentos que demonstram interações assimétricas com outros seres ou os fluidos ao seu redor, contornando efetivamente o princípio das reações iguais e opostas, conforme estabelecido na terceira lei de Newton.
Aves e células, que geram sua própria energia por meio de movimentos de asas ou chicoteadas de caudas, introduzem essa energia no sistema, perturbando o equilíbrio e, assim, alterando as regras aplicáveis.
Em sua pesquisa publicada em outubro, Ishimoto e sua equipe analisaram dados experimentais sobre espermatozoides humanos e também simularam os movimentos da alga verde Chlamydomonas. Ambos utilizam flagelos flexíveis e finos que se estendem do corpo celular, que se contorcem para impulsionar a célula.
Normalmente, fluidos densos absorveriam a energia de um flagelo, impedindo o movimento de espermatozoides ou algas unicelulares. No entanto, esses organismos são capazes de se mover para a frente usando seus flagelos flexíveis sem provocar uma reação significativa no ambiente.
O estudo revelou que as caudas dos espermatozoides e os flagelos das algas possuem uma ‘elasticidade ímpar’, permitindo que essas estruturas flexíveis se movam energeticamente sem perda substancial de energia para o fluido.
No entanto, essa característica de elasticidade ímpar por si só não explicava completamente a propulsão gerada pelo movimento ondulatório dos flagelos. Por isso, os pesquisadores introduziram um novo conceito, o módulo elástico ímpar, para explicar o funcionamento interno dos flagelos.
“Investigando tudo, desde modelos básicos até os reais padrões de ondas flagelares em Chlamydomonas e espermatozoides, focamos no módulo de dobra ímpar para desvendar as complexas interações internas não-recíprocas dentro desses materiais,” concluíram os pesquisadores.
Esses insights podem auxiliar no desenvolvimento de pequenos robôs auto-organizáveis que replicam materiais vivos. Além disso, as técnicas de modelagem poderiam aprimorar a compreensão dos princípios fundamentais dos comportamentos coletivos, conforme observado pela equipe. [Science Alert]
