Los espermatozoides humanos pueden nadar a través de fluidos espesos con sorprendente facilidad, aparentemente rompiendo una ley fundamental de la física: la tercera ley del movimiento de Newton. Este descubrimiento resalta cómo los sistemas biológicos microscópicos operan fuera de las reglas rígidas que rigen los objetos cotidianos más grandes.
El desafío a la física newtoniana
Las leyes del movimiento de Sir Isaac Newton, formuladas en 1686, suponen una simetría en la naturaleza: para cada acción, hay una reacción igual y opuesta. Este principio explica por qué las canicas que chocan rebotan de manera predecible. Sin embargo, esta simetría no es válida para sistemas caóticos como bandadas de pájaros, partículas en fluidos o, como muestra una investigación reciente, espermatozoides nadando.
Estos agentes móviles generan su propia energía, creando interacciones asimétricas con su entorno. Esto les permite eludir las limitaciones de la tercera ley de Newton. La clave es que estos sistemas no están en equilibrio; el aporte continuo de energía altera las reglas.
Cómo lo hacen los espermatozoides
Investigadores dirigidos por Kenta Ishimoto de la Universidad de Kioto investigaron el movimiento de los espermatozoides y las algas. Ambos utilizan flagelos flexibles para impulsarse hacia adelante. En teoría, los fluidos viscosos deberían disipar la energía de los flagelos, impidiendo el movimiento. Sin embargo, los espermatozoides y las algas prosperan en estos entornos.
El equipo descubrió que las colas de los espermatozoides y los flagelos de las algas poseen una “extraña elasticidad”. Esta propiedad les permite moverse sin una pérdida significativa de energía hacia el fluido circundante. Un modelado adicional reveló un nuevo concepto: un “módulo elástico impar”, que describe la mecánica interna de los flagelos.
“Desde modelos simples que se pueden resolver hasta formas de onda flagelar biológicas para Chlamydomonas y espermatozoides, estudiamos el módulo de flexión impar para descifrar las interacciones internas no locales y no recíprocas dentro del material”, concluyeron los investigadores.
Implicaciones y aplicaciones futuras
Esta investigación, publicada en PRX Life en octubre de 2023, tiene implicaciones más amplias. Comprender cómo los espermatozoides desafían la física newtoniana podría inspirar el diseño de pequeños robots autoensamblados que imiten materiales vivos. Las técnicas de modelado utilizadas en este estudio también podrían mejorar nuestra comprensión del comportamiento colectivo en sistemas complejos.
Este estudio subraya cómo la naturaleza no siempre se adhiere a las leyes físicas clásicas a nivel microscópico. Los hallazgos pueden impulsar una reevaluación de cómo modelamos y entendemos el movimiento biológico, abriendo puertas a la ingeniería bioinspirada y a una comprensión más profunda de los procesos fundamentales de la vida.
