espermatozoides1Cuando Newton propuso sus leyes del movimiento en 1686, no imaginó que no serían aplicables a ciertas células microscópicas que navegan en fluidos pegajosos.

La tercera ley del movimiento de Newton, que describe el comportamiento de las fuerzas, establece que toda acción en el mundo natural genera una reacción igual y opuesta. En otras palabras, los objetos que interactúan siempre ejercen fuerzas iguales y opuestas entre sí, o en términos simples, «para cada acción, hay una reacción igual y opuesta».

Sin embargo, un reciente estudio publicado en PRX Life sugiere que los espermatozoides humanos podrían estar desafiando esta ley física. Con sus colas en forma de látigo, los espermatozoides se impulsarían a través de fluidos viscosos de una manera que les permite nadar sin provocar una respuesta de su entorno, desafiando así la tercera ley de Newton.

En este estudio, Kenta Ishimoto, científico matemático de la Universidad de Kioto, y su equipo investigaron estas interacciones no recíprocas en espermatozoides y otros microorganismos nadadores, como las algas Chlamydomonas, que utilizan flagelos finos y flexibles para propulsarse y cambiar de forma para desplazarse a través de sustancias que, en teoría, deberían resistirse a su movimiento.

«Elasticidad impar » de espermatozoides

Los científicos identificaron interacciones mecánicas no recíprocas, a las que llaman «elasticidad impar», lo que significa que estos nadadores biológicos se mueven de una manera que no genera una respuesta igual y opuesta en su entorno. Esto les permite desplazarse con eficiencia a través del fluido circundante sin perder mucha energía.

Sin embargo, la elasticidad flagelar por sí sola no explica totalmente el movimiento celular. Así que los investigadores derivaron un nuevo término, un «módulo elástico impar», a través de sus modelos matemáticos para describir la mecánica interna de los flagelos.

«Desde modelos sencillos resolubles hasta formas de onda flagelares biológicas para Chlamydomonas y espermatozoides, estudiamos el módulo elástico impar para descifrar las interacciones internas no locales y no recíprocas dentro del material», concluyen los investigadores.

En resumen, según este estudio, cuanto mayor sea la elasticidad impar de una célula (o el módulo elástico impar), más capaz será su flagelo de moverse sin grandes pérdidas de energía, lo que desafía las reglas convencionales de la física.

Este descubrimiento no se limita a los espermatozoides y las algas; muchas otras células también poseen flagelos, lo que sugiere que podrían existir más ejemplos de comportamiento similar. Según declararon los investigadores a New Scientist, los hallazgos de este estudio podrían tener aplicaciones en el diseño de pequeños robots que imiten materiales vivos y en la comprensión de los principios subyacentes del comportamiento colectivo.

Solo el tiempo dirá cómo este desafío a las leyes del movimiento de Newton por parte de células microscópicas redefinirá nuestra comprensión de la biología y la física. ¿Qué usos podrán derivarse de los nuevos conocimientos que surjan del estudio de las interacciones no recíprocas?

Referencia

Ishimoto K, Moreau C, Yasuda K. Odd Elastohydrodynamics: Non-Reciprocal Living Material in a Viscous Fluid. PRX LIFE [Internet].2023[citado 2 nov 2023].  Doi:10.1103/PRXLife.1.023002

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