Eles deveriam estar presos.
Os fluidos no nível microscópico não são como uma piscina na qual você pode mergulhar. São lamas espessas e resistentes. Se você parar de remar, você parará de se mover instantaneamente. Não há deslizamento. Sem impulso.
Então, como um espermatozóide avança? Não deveria ser possível.
Um novo estudo sugere que eles fazem isso quebrando as regras habituais. Não literalmente – a física ainda se aplica – mas explorando uma lacuna na forma como pensamos sobre energia e movimento.
O problema de Newton
A terceira lei de Newton diz que ação é igual a reação. Você empurra uma bola de gude, ela empurra de volta. Simples. Simétrico.
Os espermatozoides são diferentes. Eles são “sistemas ativos”. Eles bombeiam sua própria energia em seus movimentos constantemente. Eles não são objetos passivos flutuando em um riacho.
Como escrevem os investigadores da Universidade de Quioto, “a terceira lei de Newton pode estar a ser violada… quando a consideramos como uma lei aberta, com energia mecânica injectada a partir de unidades activas microscópicas”.
Eles não estão destruindo o universo. Eles estão apenas fazendo algo que o universo não espera que objetos passivos façam.
“Em outras palavras, eles revelam o que acontece quando os sistemas vivos bombeiam sua energia de dentro para fora.”
Por que o Tiny é importante
Para algo tão pequeno, a inércia não existe. A viscosidade governa tudo. Isso leva a um problema chamado teorema da vieira.
Se você seguir em frente e voltar exatamente da mesma maneira, você terminará exatamente onde começou. Em fluido espesso, a simetria mata o movimento. Para ir a qualquer lugar, é preciso quebrar a simetria. Seu golpe para frente deve ser diferente do golpe para trás.
Os espermatozoides usam flagelos. Caudas finas e ondulantes.
A maioria das coisas que ondulam, como uma mola de borracha, simplesmente voltam. As caudas dos espermatozoides são movidas por motores internos. Esses motores adicionam energia à própria cauda. A cauda se torna um material ativo. Não passivo. Não estático. Vivo com energia.
A parte “estranha”
Isso nos leva a uma “elasticidade estranha”.
Em materiais normais, a força é recíproca. Você empurra, ele empurra de volta igualmente. A elasticidade estranha quebra essa imagem espelhada. Por causa da energia interna, o material responde de forma diferente da força aplicada. Não é recíproco.
Ajuda a sustentar as ondas mesmo quando o fluido tenta amortecê-las.
Os pesquisadores criaram uma estrutura matemática para isso chamada elastohidrodinâmica ímpar. Parece pesado, mas basicamente permite aos cientistas separar o que o fluido está fazendo do que a cauda está fazendo internamente. Arrastar mascara a mecânica. Esta estrutura revela isso.
O que eles encontraram
Eles testaram o modelo em esperma humano e em uma alga verde chamada Chlamydomonas.
Os resultados foram claros. No esperma, a atividade interna cria a onda, enquanto a elasticidade passiva apenas a estabiliza. Na alga, a estranha elasticidade alimenta diretamente a batida.
Isso significa que a cauda não é apenas um chicote. É um motor complexo que consome energia. Ele usa forças não recíprocas para se mover em um mundo onde o movimento regular de vaivém falha.
Por que isso importa?
Explica como a vida se move na menor escala. Também pode ajudar a construir robôs microscópicos. Máquinas que não ficam presas na lama viscosa do corpo humano, mas nadam através dela com a mesma eficiência astuta de um espermatozóide.
Achávamos que conhecíamos as regras. Apenas esquecemos que a vida escreve a sua própria.
Referência: “Elastohidrodinâmica ímpar: material vivo não recíproco, Kenta Ishimoto et al., PRX Life.
