Os espermatozoides humanos podem nadar através de fluidos espessos com surpreendente facilidade, aparentemente quebrando uma lei fundamental da física: a terceira lei do movimento de Newton. Esta descoberta destaca como os sistemas biológicos microscópicos operam fora das regras rígidas que regem objetos maiores do dia a dia.
O Desafio para a Física Newtoniana
As leis do movimento de Sir Isaac Newton, formuladas em 1686, assumem uma simetria na natureza – para cada ação, há uma reação igual e oposta. Este princípio explica por que as bolas de gude em colisão ricocheteiam de maneira previsível. No entanto, esta simetria não se aplica a sistemas caóticos como bandos de pássaros, partículas em fluidos ou, como mostram pesquisas recentes, espermatozóides nadadores.
Esses agentes móveis geram sua própria energia, criando interações assimétricas com o ambiente. Isto permite-lhes contornar as restrições da terceira lei de Newton. A chave é que estes sistemas não estão em equilíbrio; a entrada contínua de energia altera as regras.
Como os espermatozoides fazem isso
Pesquisadores liderados por Kenta Ishimoto, da Universidade de Kyoto, investigaram o movimento de espermatozoides e algas. Ambos usam flagelos flexíveis para se impulsionarem para frente. Em teoria, os fluidos viscosos deveriam dissipar a energia dos flagelos, impedindo o movimento. No entanto, espermatozoides e algas prosperam nesses ambientes.
A equipe descobriu que as caudas dos espermatozoides e os flagelos das algas possuem uma “estranha elasticidade”. Esta propriedade permite que eles se movam sem perda significativa de energia para o fluido circundante. Modelagens posteriores revelaram um novo conceito: um “módulo de elasticidade ímpar”, que descreve a mecânica interna dos flagelos.
“De modelos simples solucionáveis a formas de onda flagelares biológicas para Chlamydomonas e espermatozoides, estudamos o módulo de curvatura ímpar para decifrar as interações internas não locais e não recíprocas dentro do material”, concluíram os pesquisadores.
Implicações e aplicações futuras
Esta pesquisa publicada na PRX Life em outubro de 2023 tem implicações mais amplas. Compreender como os espermatozoides desafiam a física newtoniana poderia inspirar o projeto de pequenos robôs automontados que imitam materiais vivos. As técnicas de modelagem utilizadas neste estudo também poderiam melhorar nossa compreensão do comportamento coletivo em sistemas complexos.
Este estudo ressalta como a natureza nem sempre adere às leis físicas clássicas no nível microscópico. As descobertas podem levar a uma reavaliação de como modelamos e entendemos o movimento biológico, abrindo portas para a engenharia bioinspirada e uma compreensão mais profunda dos processos fundamentais da vida.
