Cientistas capturaram espermatozoides desafiando uma lei importante da física: WebCuriosos
Com as suas caudas em forma de chicote, os espermatozoides humanos impulsionam-se através de fluidos viscosos, aparentemente desafiando a terceira lei do movimento de Newton, de acordo com um estudo recente que caracteriza o movimento destas células sexuais e algas unicelulares.
Kenta Ishimoto, cientista matemático da Universidade de Quioto, e colegas investigaram estas interações não recíprocas em espermatozóides e outros nadadores biológicos microscópicos, para descobrir como deslizam através de substâncias 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 objeto físico e as forças que agem sobre ele com alguns princípios claros que, ao que parece, não se aplicam necessariamente a células microscópicas que se contorcem em fluidos pegajosos.
A terceira lei de Newton pode ser resumida como “para cada ação há uma reação igual e oposta”. Significa uma simetria particular na natureza, onde forças opostas agem umas contra as outras. No exemplo mais simples, duas bolas de gude de tamanhos iguais colidindo enquanto rolam no chão transferirão sua força e ricochetearão com base nesta lei.
No entanto, a natureza é caótica e nem todos os sistemas físicos estão limitados por essas simetrias. As chamadas interações não recíprocas aparecem em sistemas indisciplinados compostos por bandos de pássaros, partículas em fluido – e esperma nadador.
Esses agentes móveis se movem de maneiras que exibem interações assimétricas com os animais atrás deles ou com os fluidos que os cercam, formando 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 é empurrado para longe do equilíbrio e as mesmas regras não se aplicam.
No seu estudo publicado em Outubro, Ishimoto e colegas analisaram dados experimentais sobre esperma humano e também modelaram o movimento do esperma humano. algas verdes, Chlamydomonas. Ambos nadam usando instrumentos finos e flexíveis flagelos que se projetam do corpo celular e mudam de forma, ou se deformam, para impulsionar as células para frente.
Fluidos altamente viscosos normalmente dissiparia a energia de um flagelo, impedindo que um espermatozoide ou uma alga unicelular se movesse muito. E, no entanto, de alguma forma, os flagelos elásticos podem impulsionar essas células sem provocar uma resposta do ambiente.
Os pesquisadores descobriram que as caudas dos espermatozoides e os flagelos das algas têm uma 'elasticidade estranha'o que permite que esses apêndices flexíveis se movam sem perder muita energia para o fluido circundante.
Mas esta propriedade de elasticidade estranha não explicava completamente a propulsão do movimento ondulatório dos flagelos. Assim, a partir dos seus estudos de modelação, os investigadores também derivaram um novo termo, um módulo de elasticidade estranho, para descrever 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”, disseram os pesquisadores. concluído.
As descobertas podem ajudar no projeto de projetos pequenos, robôs de automontagem que imitam materiais vivos, embora os métodos de modelagem possam ser usados para compreender melhor os princípios subjacentes do comportamento coletivo, a equipe disse.
O estudo foi publicado em Vida PRX.
Uma versão anterior deste artigo foi publicada em outubro de 2023.
