Espermatozóides são flagrados quebrando a terceira lei de Newton

Os cientistas ainda não compreendem totalmente os princípios físicos que orientam o movimento de microrganismos como os espermatozoides.

E, agora, novas observações sugerem algo ainda mais surpreendente: algumas dessas células parecem violar a terceira lei do movimento de Newton ao distorcer seus corpos de formas que não geram qualquer reação correspondente no fluido ao redor.

A terceira lei de Newton estabelece que, sempre que um objeto aplica uma força sobre outro, esse segundo objeto devolve uma força igual e oposta.

Em outras palavras, “para cada ação, há uma reação igual e oposta”. No entanto, para nadadores biológicos extremamente pequenos, como os espermatozoides, nem sempre é isso o que acontece.

Em um estudo recente, pesquisadores analisaram tanto as algas Chlamydomonas quanto dados detalhados sobre espermatozoides humanos.

A partir dessa comparação, identificaram interações mecânicas não recíprocas, um comportamento que chamaram de “elasticidade estranha”, capazes de contrariar diretamente a terceira lei de Newton.

Como essas células se movem

Tanto as Chlamydomonas quanto os espermatozoides dependem de estruturas semelhantes a fios, chamadas flagelos, para se deslocar.

Esses apêndices funcionam como pequenas caudas flexíveis que impulsionam a célula para a frente, mudando de forma à medida que interagem com o fluido circundante.

Esse movimento, porém, é não recíproco: a força aplicada pela célula ao meio não gera uma resposta igual e oposta. É justamente aí que elas passam a agir de forma diferente do que prevê a física clássica.

Os pesquisadores apontam que a própria elasticidade natural do flagelo não explica completamente o deslocamento.

O elemento-chave seria a chamada elasticidade estranha, que permite ao flagelo se agitar e gerar propulsão sem perder muita energia para o meio externo, energia essa que, de outra forma, seria dissipada e prejudicaria a mobilidade.

Quanto maior o chamado módulo de elasticidade estranha, maior a capacidade do flagelo de executar essas oscilações com mínima perda energética. E isso torna o deslocamento mais eficiente, ainda que em desacordo com a terceira lei de Newton.

O que isso revela sobre microrganismos

Espermatozoides e algas não são os únicos seres microscópicos que utilizam flagelos. 

Muitos outros organismos, incluindo certos tipos de bactérias, contam com estruturas semelhantes, o que indica que outros possíveis “infratores” da terceira lei podem estar por aí esperando para serem identificados.

A equipe responsável pelo estudo afirmou que compreender e classificar organismos capazes de movimentos não recíprocos pode ajudar a mapear comportamentos biológicos ainda não explicados.

Também pode revelar princípios úteis para outras áreas além da biologia.

Possíveis aplicações tecnológicas

Segundo os autores, inclusive Kenta Ishimoto, da Universidade de Quioto, a mesma abordagem pode ser usada no desenvolvimento de microrrobôs elásticos capazes de operar de forma semelhante a esses organismos e, potencialmente, também “quebrar” a terceira lei de Newton.

Além disso, o módulo de elasticidade estranha pode ser calculado em qualquer sistema com circuito fechado, permitindo que as conclusões sejam aplicadas a diversos dados biológicos, como membranas ativas, tecidos com elasticidade variável e dinâmicas coletivas em massas celulares.

Para os pesquisadores, compreender essas exceções à regra não só amplia o entendimento sobre a vida microscópica, como também abre portas para novas tecnologias baseadas em princípios físicos que só agora começam a ser explorados. Às vezes, afirmam os autores, infringir a lei nunca foi tão vantajoso.

Outra pesquisa sobre o tema já revelou que usar notebook incorretamente pode prejudicar a fertilidadade masculina, matando parte dos espermatozoides.