Deberían estar estancados.
Los fluidos a nivel microscópico no son como una piscina en la que puedas sumergirte. Son lodos espesos y resistentes. Si dejas de remar, dejas de moverte instantáneamente. No hay deslizamiento. Sin impulso.
Entonces, ¿cómo avanza un espermatozoide? No debería poder hacerlo.
Un nuevo estudio sugiere que lo hacen rompiendo las reglas habituales. No literalmente (la física todavía se aplica), sino explotando una laguna en nuestra forma de pensar sobre la energía y el movimiento.
El problema de Newton
La tercera ley de Newton dice que acción es igual a reacción. Empujas una canica, ella empuja hacia atrás. Simple. Simétrico.
Los espermatozoides son diferentes. Son “sistemas activos”. Bombean constantemente su propia energía en su movimiento. No son objetos pasivos que se balancean en una corriente.
Como escriben los investigadores de la Universidad de Kyoto, “La tercera ley de Newton puede estar violada… cuando la consideramos abierta, con energía mecánica inyectada desde unidades microscópicas activas”.
No están rompiendo el universo. Simplemente están haciendo algo que el universo no espera que hagan los objetos pasivos.
“En otras palabras, revelan lo que sucede cuando los sistemas vivos bombean su energía desde adentro”.
Por qué lo pequeño es importante
Para algo tan pequeño la inercia no existe. La viscosidad lo gobierna todo. Esto lleva a un problema llamado teorema de la vieira.
Si avanzas y luego retrocedes exactamente de la misma manera, terminarás justo donde empezaste. En un fluido espeso, la simetría mata el movimiento. Para ir a cualquier parte hay que romper la simetría. Tu brazada hacia adelante debe ser diferente de tu brazada hacia atrás.
Los espermatozoides utilizan flagelos. Colas delgadas y ondulantes.
La mayoría de las cosas que se mueven, como un resorte de goma, simplemente retroceden. Las colas de esperma funcionan con motores internos. Esos motores añaden energía a la propia cola. La cola se convierte en un material activo. No pasivo. No estático. Vivo con energía.
La parte “extraña”
Esto nos lleva a una “extraña elasticidad”.
En materiales normales, la fuerza es recíproca. Tú empujas, él empuja hacia atrás por igual. Una extraña elasticidad rompe esa imagen especular. Debido a la energía interna, el material responde de manera diferente a la fuerza aplicada. Es no recíproco.
Ayuda a sostener las olas incluso cuando el fluido intenta amortiguarlas.
Los investigadores crearon un marco matemático para esto llamado elastohidrodinámica impar. Suena pesado, pero básicamente permite a los científicos separar lo que hace el fluido de lo que hace la cola internamente. Arrastrar enmascara la mecánica. Este marco lo descubre.
Lo que encontraron
Probaron el modelo en esperma humano y un alga verde llamada Chlamydomonas.
Los resultados fueron claros. En los espermatozoides, la actividad interna crea la onda, mientras que la elasticidad pasiva simplemente la estabiliza. En el alga, la extraña elasticidad impulsa directamente el ritmo.
Significa que la cola no es sólo un látigo. Es un motor complejo que consume energía. Utiliza fuerzas no recíprocas para moverse en un mundo donde falla el movimiento regular de ida y vuelta.
¿Por qué esto importa?
Explica cómo se mueve la vida en la escala más pequeña. También podría ayudar a construir robots microscópicos. Máquinas que no se quedan atrapadas en el lodo viscoso del cuerpo humano, sino que nadan a través de él con la misma astuta eficiencia que un espermatozoide.
Pensábamos que conocíamos las reglas. Simplemente olvidamos que la vida escribe por sí sola.
Referencia: “Elastohidrodinámica extraña: material vivo no recíproco, Kenta Ishimoto et al., PRX Life.
