Científicos demuestran que los espermatozoides pueden nadar desafiando las leyes de la física.

Durante décadas, los científicos han estudiado el movimiento de los espermatozoides como simples nadadores en fluidos viscosos. Sin embargo, recientes avances revelan que su desplazamiento desafía algunos principios básicos de la física clásica. Este descubrimiento cambia la forma en que entendemos la motilidad celular.

Los espermatozoides, al igual que otros microorganismos, se mueven mediante flagelos: delgadas estructuras que generan ondas coordinadas para impulsarse. Pero estudios recientes muestran que estas ondas no siguen un movimiento recíproco tradicional, sino uno que rompe las simetrías del entorno.

Un estudio publicado en PRX Life por investigadores de la Universidad de Kioto, revela que los espermatozoides pueden violar, a pequeña escala, la tercera ley de Newton. Esto ocurre gracias a un fenómeno físico emergente denominado elasticidad impar u odd elasticity.

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Movimiento sorprendente de espermatozoides

Los investigadores desarrollaron un nuevo marco teórico llamado elastohidrodinámica impar, que explica cómo los espermatozoides pueden generar empuje sin intercambiar fuerzas de manera recíproca. Es decir, los flagelos no sólo oscilan, sino que también crean ondas que se autoalimentan energéticamente.

A diferencia de los sistemas pasivos, donde toda fuerza genera una reacción igual y opuesta, los flagelos vivos pueden comportarse como materiales activos que inyectan energía en su entorno. Así, el movimiento de los espermatozoides no depende solo de su forma, sino también de una dinámica interna que rompe la simetría del espacio.

El estudio demostró que la odd elasticity permite que el flagelo mantenga una onda estable incluso dentro de un fluido altamente viscoso, algo que las leyes convencionales de la física considerarían imposible. Esto explica cómo los espermatozoides pueden avanzar de manera eficiente, desafiando la fricción extrema del medio.

Espermatozoides desafían leyes físicas

Los experimentos revelaron que los espermatozoides no solo nadan empujando el fluido, sino que también generan interacciones no recíprocas entre las diferentes partes de su flagelo. Dichas interacciones producen fuerzas que no se compensan, creando un empuje neto hacia adelante.

Mediante modelos matemáticos, los científicos demostraron que estas fuerzas se comportan como si el material del flagelo tuviera un componente elástico que no conserva energía, lo que le permite propulsarse sin violar la conservación total del sistema. Este fenómeno se denomina módulo elástico impar.

En otras palabras, los espermatozoides transforman la energía interna de sus motores moleculares en un movimiento direccional que parecería ir contra las leyes clásicas. Pero, en realidad, lo que hacen es aprovechar propiedades emergentes del acoplamiento entre elasticidad y fluido.

Un nuevo paradigma de la biología del movimiento

Este descubrimiento abre un campo de estudio completamente nuevo. La elastohidrodinámica impar podría aplicarse no solo a espermatozoides, sino también a otros sistemas biológicos que dependen del movimiento coordinado, como las células ciliadas del sistema respiratorio o los microorganismos nadadores.

Según el estudio, estos movimientos emergen de un equilibrio complejo entre la energía interna de las células y la resistencia del medio. El resultado es un desplazamiento eficiente que podría inspirar el diseño de microrrobots biomiméticos, capaces de moverse por fluidos sin motores externos.

Este nuevo enfoque también podría mejorar las técnicas de reproducción asistida. Comprender cómo los espermatozoides generan empuje podría ayudar a identificar problemas de motilidad y desarrollar tratamientos más efectivos para la infertilidad masculina.

El alcohol provoca daños genéticos en los espermatozoides que persisten incluso después de dejar de beber.

Conclusión

El hallazgo del presente estudio demuestra que la vida puede desafiar los límites de la física clásica. Los espermatozoides, lejos de ser simples nadadores microscópicos, son sistemas activos capaces de manipular su entorno con precisión cuasi mecánica.

La teoría de la odd elastohydrodynamics redefine nuestra comprensión del movimiento biológico, mostrando que incluso en el nivel celular la naturaleza emplea estrategias sofisticadas basadas en principios físicos no convencionales.

Referencias

Ishimoto, K., Moreau, C., & Yasuda, K. (2023). Odd Elastohydrodynamics: Non-Reciprocal Living Material in a Viscous Fluid. PRX Life, 1(2), 023002. DOI: 10.1103/PRXLife.1.023002