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Espermatozoides foram detectados desafiando uma das principais leis da física

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O esperma é fundamental para a fertilização de quase todos os organismos vivos da Terra, incluindo os seres humanos. Na reprodução humana, o esperma precisa nadar uma distância que equivale à escalada do Monte Everst até conseguir encontrar o óvulo. Os espermatozoides fazem essa jornada apenas balançando sua cauda para conseguir nadar para frente. E quando eles disparam é para nunca mais voltar.

No caso dos espermatozoides humanos, eles têm sua cauda em forma de chicote e vão se impulsionando através dos fluidos viscosos. Quando eles fazem isso, aparentemente, eles estão desafiando a terceira lei do movimento de Newton. Pelo menos foi isso que mostrou um novo estudo.

O estudo foi feito por Kenta Ishimoto, cientista matemático da Universidade de Quioto, e seus colegas. Eles analisaram as interações não recíprocas dos espermatozoides e outros nadadores biológicos microscópicos com o objetivo de descobrir como eles deslizam através das substâncias que, teoricamente, deveriam restringir o movimento.

Estudo

Olhar digital

Em 1686, quando Newton estipulou suas leis do movimento, ele quis explicar a relação entre um objeto físico e as forças que agem sobre ele com alguns princípios claros. No entanto, ao que tudo indica, esses princípios não se aplicam às células microscópicas que se contorcem através de fluidos pegajosos.

No caso da terceira lei de Newton, ela é resumida como “para cada ação há uma reação igual e oposta”. Isso quer dizer que existe uma simetria na natureza em que forças opostas agem umas contra as outras.

Contudo, a natureza é caótica e não são todos os sistemas físicos que são limitados com essa simetria. No caso das interações não recíprocas, elas são vistas em pássaros em bandos, partículas em fluidos, e espermatozoides nadadores.

Todos esses agentes têm movimentos de forma assimétrica com os animais atrás deles ou fluidos que estão em volta deles. Isso faz com que se forme uma brecha para as forças iguais e opostas contornarem a conhecida terceira lei de Newton.

No estudo, Ishimoto e colegas fizeram a análise dos dados experimentais a respeito do esperma humano e fizeram o molde do movimento das algas verdes, Chlamydomonas. Isso porque os dois nadam usando flagelos flexíveis e finos que projetam o corpo celular e mudam de forma, ou então se deformam com o objetivo de impulsionar as células para frente.

Movimento

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Geralmente, os fluidos altamente viscosos dissipariam a energia de um flagelo e impediriam que o espermatozoide ou uma alga se movesse muito. Mesmo assim, de algum jeito, os flagelos elásticos conseguem impulsionar as células sem que o ambiente dê uma resposta a isso.

O que os pesquisadores descobriram foi que as caudas dos espermatozoides e os flagelos das algas têm uma “elasticidade estranha” e é isso que faz com que eles se movam sem que percam muita energia para o fluido em volta.

Mesmo assim, a elasticidade estranha não consegue explicar por completo a propulsão do movimento. Por conta disso que os pesquisadores criaram um novo termo, um módulo de elasticidade estranho, para poder descrever a mecânica interna 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”, concluíram os pesquisadores.

Espermatozoides

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O esperma foi descoberto em 1677. Mas levou aproximadamente 200 anos para que os cientistas entrassem em concordância sobre como os humanos são formados. Os cientistas podem compreender melhor o papel desempenhado pelo esperma na reprodução. Mas pesquisas mais recentes descobriram que o esperma conseguiu enganar os cientistas esse tempo todo.

Antonie van Leeuwenhoek fez um dos primeiros microscópios no século XVII. Isso fez com que ele fosse o primeiro explorador do mundo microscópico, e conseguisse ver as bactérias, o interior das células e o esperma.

Quando Leeuwenhoek descobriu o esperma ele o descreveu como “um animal vivo com uma cauda que, ao nadar, chicoteia com um movimento de cobra, como enguias na água”. E desde então, a percepção de como o espermatozoide nada continuou a mesma.

Mas de acordo com uma pesquisa recente, a maneira como o esperma nada é outra. E estamos olhando de forma errada para esse movimento nos últimos 350 anos. Com a tecnologia avançada de microscopia 3D, a equipe de pesquisadores do Reino Unido e do México conseguiu reconstruir matematicamente o movimento da cauda de um espermatozoide.

Os espermatozoides são difíceis de serem estudados por conta do seu tamanho ao todo e o de sua cauda que mede metade da largura de um cabelo. Além de ser bem rápida. O movimento de chicote da cauda consegue bater mais de 20 vezes em menos de um segundo.

O que os pesquisadores conseguiram descobrir com seu modelo foi surpreendente. Eles viram que a cauda do esperma é de fato instável e que mexe apenas de um lado. Por mais que isso signifique que o derrame  unilateral do esperma o faça nadar em círculos ele encontrou uma forma inteligente de se adaptar e conseguir nadar para frente.

Eles rolam enquanto nadam, da mesma forma que as lontras. Assim, o golpe unilateral instável nivela conforme o esperma rola. Isso permite que ele se mova para frente. E a rotação rápida e sincronizada do espermatozoide faz com que se tenha a ilusão de que a cauda parece ter um movimento de um lado para o outro.

Mas a descoberta mostra que os espermatozoides desenvolveram uma técnica de natação para compensar o seu desequilíbrio. Eles também resolveram o quebra-cabeça matemático criando uma simetria a partir da assimetria.

O corpo do esperma gira ao mesmo tempo em que a cauda fira em torno da direção da natação. O espermatozoide consegue perfurar o fluido como um pisão girando em torno de si, na mesma hora em que seu eixo inclinado gira em torno do centro. Na física, isso é chamado de precessão.

Fonte: Science alert

Imagens: Olhar digital, BBC, Freepik

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