Com as suas caudas em forma de chicote, os espermatozoides produzidos pelos seres humanos impulsionam-se através de fluidos viscosos. Porém, esse movimento aparentemente desafia a Terceira Lei do Movimento proposta por Isaac Newton. É o que afirmam os cientistas em um novo estudo sobre o movimento das células sexuais.
O cientista Kenta Ishimoto, da Universidade de Quioto, no Japão, e colegas investigaram essas interações dos espermatozoides e também as de outros nadadores microscópicos. O objetivo era descobrir como eles deslizam através de substâncias que deveriam, em tese, resistir ao seu movimento.
Isaac Newton
Quando o cientista inglês Isaac Newton (1642-1727) concebeu suas Leis do Movimento — publicadas em 1687 —, ele tinha a intenção de explicar a relação matemática entre um objeto físico e as forças que agem sobre ele. Newton elaborou princípios claros que, aparentemente, não se aplicam necessariamente a células microscópicas.
Terceira Lei de Newton
A Terceira Lei de Newton pode ser resumida da seguinte forma: “Para cada ação há uma reação igual e oposta”. Isso significa dizer que, na natureza, há uma compensação de forças, onde forças opostas agem umas contra as outras. O Pêndulo de Newton ilustra perfeitamente esse princípio matemático.
A Natureza é caótica
No entanto, nem todos os sistemas físicos obedecem a essa simetria. As chamadas interações não recíprocas surgem em sistemas indisciplinados compostos por pássaros em bandos, partículas em fluidos — e espermatozoides nadadores.
Alguns agentes que se movem podem apresentar interações assimétricas — com os animais que vêm logo atrás, ou com os fluidos no entorno — formando assim uma “brecha” para as forças iguais e opostas contornarem a Terceira Lei de Newton.
Como os pássaros e as células podem gerar sua própria energia, que é adicionada ao sistema a cada bater de asas ou movimento de cauda, o sistema é empurrado para longe do equilíbrio e as mesmas regras não se aplicam.
Os cientistas da universidade japonesa analisaram os dados sobre esperma humano e também modelaram o movimento de algas verdes, da espécie Chlamydomonas. Ambos os seres vivos nadam usando flagelos finos e flexíveis que se projetam do corpo celular e mudam de forma, ou se deformam, para impulsionar as criaturas para frente.
Espermatozoides na contramão
Fluidos que têm altos níveis de viscosidade normalmente dissipariam a energia de um flagelo, impedindo assim que um espermatozoide ou uma alga unicelular se movesse muito. Curiosamente, ainda assim, de alguma forma, os flagelos elásticos podem impulsionar essas células sem provocar uma resposta do ambiente.
Os pesquisadores descobriram que as caudas dos espermatozoides têm uma “elasticidade estranha”, o que os permite se mover sem perder muita energia para o fluido do entorno.
No entanto, esta elasticidade não explicava satisfatoriamente a propulsão do movimento ondulatório dos flagelos.
“Desde modelos simples solucionáveis até 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”.
As descobertas dos acadêmicos japoneses têm potencial para ajudar no projeto de pequenos robôs automontados que imitam materiais vivos; enquanto os métodos de modelagem podem ser usados a fim de compreender melhor os princípios subjacentes ao comportamento coletivo.
O artigo completo foi publicado no periódico científico PRF Life.
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