Com as suas caudas em forma de chicote, os espermatozoides humanos impulsionam-se através de fluidos pegajosos, aparentemente desafiando a terceira lei do movimento de Newton, de acordo com um novo estudo que caracteriza o movimento destas células sexuais e algas unicelulares.
Kenta Ishimoto, matemático da Universidade de Quioto, e os seus colegas investigaram estas interações não recíprocas em espermatozóides e outros nadadores biológicos microscópicos, para aprender como deslizam através de materiais que deveriam, em teoria, resistir ao seu movimento.
Quando Newton concebeu seu agora famoso Leis do movimento Em 1686, ele procurou explicar a relação entre um corpo físico e as forças que atuavam sobre ele por meio de alguns princípios precisos que não se aplicavam necessariamente a células microscópicas que se contorciam em fluidos viscosos.
A terceira lei de Newton pode ser resumida da seguinte forma: “Para cada ação existe uma reação igual e oposta”. Denota uma certa simetria na natureza onde forças opostas trabalham umas contra as outras. No exemplo mais simples, duas bolas de gude de tamanho igual colidindo enquanto rolam no chão transferirão sua força e saltarão com base nesta lei.
No entanto, a natureza é confusa e… Nem todos os sistemas são físicos Limitado por essas simetrias. As chamadas interações não recíprocas aparecem em sistemas selvagens compostos por bandos de aves, Partículas em um líquido -E natação de esperma.
Esses agentes móveis movem-se de maneiras que exibem interações assimétricas com os animais atrás deles ou com os fluidos que os cercam, criando uma brecha para forças iguais e opostas contornarem a terceira lei de Newton.
Porque pássaros e células Gerar sua própria energiaque é adicionado ao sistema a cada bater de asas ou chicote de cauda, o sistema fica ainda mais desequilibrado e as mesmas regras não se aplicam.
Ishimoto e seus colegas analisaram dados experimentais sobre espermatozoides humanos e também desenvolveram um modelo de motilidade Algas verdes, Chlamydomonas. Ambos nadam usando um corpo esbelto e flexível Flagelos Que se projeta do corpo celular e muda de forma ou se deforma para empurrar as células para frente.
Líquidos altamente viscosos Normalmente, a energia dos flagelos é dissipada, impedindo que os espermatozoides ou algas unicelulares se movam muito. No entanto, de alguma forma, o flagelo flexível pode empurrar estas células sem provocar uma resposta do ambiente circundante.
Os pesquisadores descobriram que as caudas dos espermatozoides e suas frotas de algas“estranha elasticidade”permitindo que esses apêndices flexíveis se movam sem perder muita energia para o fluido circundante.
Mas esta estranha propriedade elástica não explicava completamente a propulsão gerada pelo movimento ondulatório do flagelo. Portanto, a partir de estudos de modelagem, os pesquisadores também derivaram um novo termo, o módulo de elasticidade excêntrico, para descrever a mecânica interna do flagelo.
“De modelos simples solucionáveis a formas de onda flagelares biológicas Chlamydomonas “E nos espermatozoides, estudamos o módulo de curvatura individual para decifrar interações internas não locais e não recíprocas dentro do material.” Nós concluimos.
Os resultados podem ajudar a projetar projetos pequenos, Robôs automontáveis Que imitam materiais vivos, enquanto métodos de modelagem podem ser usados para compreender melhor os princípios básicos do comportamento coletivo e de equipe Adicionar.
O estudo foi publicado em Hyatt PRX.
