Como os Espermatozoides Desafiam a Terceira Lei de Newton
Os espermatozoides humanos conseguem nadar com facilidade através de fluidos surpreendentemente viscosos. Além disso, eles parecem desafiar a terceira lei de movimento de Newton para alcançar essa façanha.
Para entender como essas células se movem por substâncias que, teoricamente, deveriam resistir ao seu deslocamento, uma equipe liderada por Kenta Ishimoto, cientista matemático da Universidade de Kyoto, investigou os movimentos dos espermatozoides e outros microrganismos nadadores alguns anos atrás.
O que diz a Terceira Lei de Newton?
Sir Isaac Newton formulou suas famosas leis do movimento em 1686 com o objetivo de relacionar objetos físicos às forças que atuam sobre eles por meio de princípios simples. No entanto, essas leis nem sempre se aplicam a células microscópicas que se contorcem em fluidos viscosos.
Portanto, a terceira lei de Newton pode ser resumida assim: “para toda ação, existe uma reação igual e contrária”. Essa lei significa uma simetria na natureza, onde forças opostas atuam umas contra as outras.
Por que os Espermatozoides Não Seguem essa Lei?
Nos sistemas físicos mais simples, como duas bolinhas de gude de tamanho igual colidindo enquanto rolam, a transferência de força e o rebote seguem essa lei. Contudo, a natureza é caótica e nem todos os sistemas físicos seguem essas simetrias. As chamadas interações não recíprocas aparecem em sistemas complexos como bandos de pássaros, partículas em fluidos e espermatozoides em movimento.
Esses agentes móveis exibem interações assimétricas com os animais que os precedem ou com os fluidos ao redor, criando uma brecha que permite burlar a terceira lei de Newton.
Além disso, como os pássaros e as células geram sua própria energia — seja a cada batida de asas ou pelo movimento da cauda — todo o sistema fica longe do equilíbrio, e as regras tradicionais não se aplicam da mesma forma.
Estudo Revela Elasticidade Ímpar das Caudas dos Espermatozoides
No estudo publicado em outubro de 2023, Ishimoto e colegas analisaram dados experimentais de espermatozoides humanos e modelaram o movimento da alga verde Chlamydomonas. Ambos nadam usando flagelos finos e flexíveis que se projetam do corpo celular e mudam de forma para impulsionar a célula para frente.
Por exemplo, embora fluidos altamente viscosos normalmente dissipem a energia dos flagelos, impedindo o movimento de espermatozoides ou algas unicelulares, esses flagelos flexíveis conseguem impulsionar as células sem causar resistência significativa do meio.
Os pesquisadores descobriram que as caudas dos espermatozoides e os flagelos das algas apresentam uma elasticidade ímpar, que permite a movimentação desses apêndices flexíveis com pouca perda de energia para o fluido ao redor.
Entretanto, essa propriedade não explicou completamente a propulsão provocada pelo movimento ondulatório dos flagelos. Por isso, a equipe criou um novo termo, chamado módulo elástico ímpar, para descrever a mecânica interna dos flagelos.
“A partir de modelos simples solucionáveis até as formas biológicas de ondas flagelares para Chlamydomonas e espermatozoides, estudamos o módulo de flexão ímpar para decifrar as interações internas não locais e não recíprocas dentro do material”, concluíram os cientistas.
Implicações e Aplicações Futuras
Além disso, essas descobertas podem auxiliar no desenvolvimento de pequenos robôs auto-montáveis que imitam materiais vivos. Portanto, os métodos de modelagem podem servir para compreender melhor os princípios que regem comportamentos coletivos, segundo os pesquisadores.
O estudo foi publicado na revista PRX Life. Uma versão anterior deste artigo saiu em outubro de 2023.
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Matéria original: https://www.sciencealert.com/scientists-caught-sperm-ignoring-a-major-physical-law
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