Com as suas caudas, os espermatozoides humanos impulsionam-se por meio de fluidos viscosos, desafiando, aparentemente, a terceira lei do movimento de Newton. Esta é a conclusão de um novo estudo, que caracteriza o movimento destas células sexuais e das algas unicelulares.
Quando Newton concebeu as suas (agora) famosas leis do movimento, em 1687, procurou explicar a relação entre um objeto físico e as forças que atuam sobre ele, baseando-se em alguns princípios simples. Aparentemente, essas descobertas não se aplicam, necessariamente, a células microscópicas que se movem através de fluidos viscosos.
A terceira lei de Newton pode ser resumida em “para cada ação, há uma reação igual e oposta”. Isto é, uma simetria particular na natureza, em que forças opostas atuam umas contra as outras. No exemplo mais simples, dois berlindes de tamanho igual que colidam ao rolarem no chão transferem a sua força e fazem ricochete.
No entanto, nem todos os sistemas físicos se regem por estas simetrias. As chamadas interações não recíprocas aparecem em sistemas indisciplinados constituídos por, conforme concluiu um novo estudo, espermatozoides a nadar.
Espermatozoides desafiam uma das principais leis da Física
O cientista matemático da Universidade de Quioto, Kenta Ishimoto, e os colegas investigaram essas interações não recíprocas em espermatozoides e outros nadadores biológicos microscópicos, para descobrir como deslizam através de substâncias que, em teoria, deveriam resistir ao seu movimento.
Estes agentes movem-se, apresentando interações assimétricas com os fluidos que os rodeiam, criando uma abertura para que forças iguais e opostas contornem a terceira lei de Newton.
Uma vez que as células, assim como as aves, geram a sua própria energia, batendo as caudas ou as asas, as mesmas regras não se aplicam.
Ishimoto e os seus colegas analisaram dados experimentais sobre os espermatozoides humanos e também modelaram o movimento das algas verdes, as Chlamydomonas. Ambos nadam utilizando filamentos finos e curvos que sobressaem do corpo celular e mudam de forma para impulsionar as células para a frente.
Normalmente, os fluidos altamente viscosos dissipariam a energia de um filamento, impedindo que um espermatozoide ou uma alga unicelular se movesse muito. No entanto, de alguma forma, os filamentos elásticos conseguem impulsionar estas células sem provocar uma reação do meio envolvente.
Os investigadores descobriram que as caudas dos espermatozoides e os filamentos das algas têm uma “odd elasticity“, que permite que estes se movam sem perder muita energia para o fluido circundante.
Mas esta “odd elasticity” não explicava totalmente a propulsão do movimento ondulatório dos filamentos. Assim, a partir dos seus estudos de modelação, os investigadores definiram um novo termo, um “odd elastic modulus” (em português seria “módulo de elasticidade estranha”), para descrever a mecânica interna dos filamentos.
Desde modelos simples solucionáveis até formas de onda flagelares biológicas para Chlamydomonas e espermatozoides, estudámos o módulo de elasticidade estranha para decifrar as interações internas não locais e não recíprocas dentro do material.
Disseram os investigadores.
Segundo Ishimoto, esta descoberta poderá ajudar a concretizar um projeto de pequenos robôs elásticos, capazes de violar a terceira lei de Newton.