Descubren cómo algunas células pueden desafiar las leyes de la física

La motilidad, un término de la biología para expresar la habilidad de órganos y microorganismos de moverse espontánea e independientemente, es una de las principales características de la materia viva, desde una sola célula hasta un enjambre de pájaros o una multitud humana.

En las últimas décadas, su dinámica, tanto el comportamiento individual como colectivo, se ha estudiado intensamente, dando lugar a un campo de investigación en rápida expansión en física que une a esta disciplina con la estadística del desequilibrio, la biofísica y la mecánica del continuo, ahora conocida como materia activa o física de la materia viva.

Tres especialistas modeladores matemáticos y de dinámica de fluidos de la Universidad de Kyoto descubrieron cómo los espermatozoides y microorganismos diminutos pueden eludir la tercera Ley del movimiento de Newton.

En su artículo publicado en la revista PRX Life, Kenta Ishimoto, Clément Moreau y Kento Yasuda describieron cómo analizaron el movimiento de las algas y de los espermatozoides para aprender más sobre cómo logran moverse con tanta facilidad a través de un fluido.

La tercera Ley del movimiento de Newton establece que para cada acción hay una reacción igual y opuesta. Los estudiantes de física ven la ley en acción al realizar experimentos que implican golpear objetos, como pelotitas. Esto implica que la recepción de una energía se ve liberada de algún modo.

En el mundo real, la tercera Ley del movimiento de Newton a menudo es eludida por criaturas que han evolucionado de manera que les permiten conservar energía, lo que a su vez significa que no necesitan tanta comida para sobrevivir.

En este nuevo esfuerzo, se pudo notar que algunas algas y espermatozoides parecen moverse a través de sus respectivos fluidos con menos esfuerzo del que debería ser necesario para lograr avanzar. Los analistas señalan que estos fluidos suelen ser viscosos, lo que significa que se requiere esfuerzo para nadar a través de ellos.

Para descubrir cómo lo hacen las células pequeñas, observaron de cerca en acción. Al estudiar el movimiento del alga Chlamydomonas y los espermatozoides humanos bajo un microscopio, descubrieron que ambos utilizan flagelos para movilizarse. Estos apéndices parecidos a pelos realizan movimientos ondulantes, empujándolos y tirando de ellos de manera efectiva a través de su entorno líquido.

Tales movimientos deberían dar lugar a reacciones del fluido debido a la tercera Ley de Newton, que ralentizarían considerablemente el progreso. Pero ese no fue el caso.

Mientras un espermatozoide nadaba, movía sus flagelos, como se esperaba. Pero también se detectó que estos se agitaban de una manera que no perdían mucha energía en el líquido, debido a lo que el equipo de trabajo describe como una especie de elasticidad extraña.

Al doblarse en pequeñas formas en respuesta al recurso del líquido, los flagelos pudieron evitar una reacción igual y opuesta, conservando así la energía de su dueño. “Aquí, si empujas una pared, no necesariamente retrocede: puede alejarse”, gráfica Kenta Ishimoto, especialistas abocado a la investigación y coautor del documento.

Los científicos de Kioto ahora desean profundizar el estudio de esta nueva esta propiedad en pequeños nadadores biológicos. Los hallazgos podrían eventualmente inspirar a los investigadores a desarrollar pequeños robots que también violen esta ley mientras nadan.

*Kento Yasuda, especialista del Instituto de Investigación de Ciencias Matemáticas, perteneciente a la Universidad de Kyoto en Japón.