In 1977, the physicist Edward Purcell calculated that if you push a bacteria and then let go, it will stop in about a millionth of a second. In that time, it will have traveled less than the width of a single atom. The same holds true for a sperm and many other microbes. It all has to do with being really small. Microscopic creatures inhabit a world alien to us, where making it through an inch of water is an incredible endeavor. But why does size matter so much for a swimmer? What makes the world of a sperm so fundamentally different from that of a sperm whale? To find out, we need to dive into the physics of fluids. Here's a way to think about it. Imagine you are swimming in a pool. It's you and a whole bunch of water molecules. Water molecules outnumber you a thousand trillion trillion to one. So, pushing past them with your gigantic body is easy, but if you were really small, say you were about the size of a water molecule, all of a sudden, it's like you're swimming in a pool of people. Rather than simply swishing by all the teeny, tiny molecules, now every single water molecule is like another person you have to push past to get anywhere. In 1883, the physicist Osborne Reynolds figured out that there is one simple number that can predict how a fluid will behave. It's called the Reynolds number, and it depends on simple properties like the size of the swimmer, its speed, the density of the fluid, and the stickiness, or the viscosity, of the fluid. What this means is that creatures of very different sizes inhabit vastly different worlds. For example, because of its huge size, a sperm whale inhabits the large Reynolds number world. If it flaps its tail once, it can coast ahead for an incredible distance. Meanwhile, sperm live in a low Reynolds number world. If a sperm were to stop flapping its tail, it wouldn't even coast past a single atom. To imagine what it would feel like to be a sperm, you need to bring yourself down to its Reynolds number. Picture yourself in a tub of molasses with your arms moving about as slow as the minute hand of a clock, and you'd have a pretty good idea of what a sperm is up against. So, how do microbes manage to get anywhere? Well, many don't bother swimming at all. They just let the food drift to them. This is somewhat like a lazy cow that waits for the grass under its mouth to grow back. But many microbes do swim, and this is where those incredible adaptations come in. One trick they can use is to deform the shape of their paddle. By cleverly flexing their paddle to create more drag on the power stroke than on the recovery stroke, single-celled organisms like paramecia manage to inch their way through the crowd of water molecules. But there's an even more ingenious solution arrived at by bacteria and sperm. Instead of wagging their paddles back and forth, they wind them like a cork screw. Just as a cork screw on a wine bottle converts winding motion into forward motion, these tiny creatures spin their helical tails to push themselves forward in a world where water feels as thick as cork. Other strategies are even stranger. Some bacteria take Batman's approach. They use grappling hooks to pull themselves along. They can even use this grappling hook like a sling shot and fling themselves forward. Others use chemical engineering. H. pylori lives only in the slimy, acidic mucus inside our stomachs. It releases a chemical that thins out the surrounding mucus, allowing it to glide through slime. Maybe it's no surprise that these guys are also responsible for stomach ulcers. So, when you look really closely at our bodies and the world around us, you can see all sorts of tiny creatures finding clever ways to get around in a sticky situation. Without these adaptations, bacteria would never find their hosts, and sperms would never make it to their eggs, which means you would never get stomach ulcers, but you would also never be born in the first place. (Pop)
En 1977 el físico Edward Purcell calculó que si uno empuja una bacteria y luego la suelta, se detendrá en una millonésima de segundo. En ese tiempo habrá viajado menos que el ancho de un átomo. Lo mismo se cumple para el espermatozoide y muchos otros microbios. Está vinculado a ser muy diminuto. Las criaturas microscópicas habitan un mundo extraño, en el que atravesar dos centímetros de agua es un esfuerzo increíble. Pero, ¿por qué importa tanto el tamaño para un nadador? ¿Qué hace al mundo del espermatozoide tan radicalmente distinto del mundo del cachalote? Para averiguarlo debemos sumergirnos en la física de fluidos. Esta es una manera de pensarlo. Imagina que estás nadando en una piscina. Estás tú y muchas moléculas de agua. Las moléculas de agua te superan en cantidad mil billones de billones a uno. Sobrepasarlas con tu cuerpo gigante es fácil, pero si fueras muy pequeńo, digamos del tamaño de una molécula de agua, de repente, es como si nadaras en una piscina de personas. En vez de simplemente moverte por las diminutas moléculas, ahora cada molécula de agua es como otra persona que tienes que sobrepasar para llegar a algún lado. En 1883, el físico Osborne Reynolds se descubrió que hay un número que puede predecir el comportamiento de un fluido. Es el número de Reynolds, y depende de propiedades simples como el tamańo del nadador, su velocidad, la densidad del fluido, cuan pegajoso, o viscoso, es el fluido. Esto significa que criaturas de tamaños muy diferentes habitan mundos enormemente diferentes. Por ejemplo, debido a su enorme tamaño, el cachalote habita el mundo del número de Reynolds grande. Con un aleteo de su cola, puede desplazarse una distancia increíble. Entretanto, el espermatozoide vive en el mundo del número de Reynolds pequeño, Si un espermatozoide dejara de mover su cola, ni siquiera se desplazaría un átomo. Para imaginar cómo sería ser un espermatozoide, tendrías que encogerte hasta su número de Reynolds. Imagina que estás en un envase de melaza moviendo los brazos al compás del minutero de un reloj, y te harás una idea bastante clara de a qué se enfrenta un espermatozoide. Entonces, ¿cómo hacen los microbios para llegar a un sitio? Bueno, muchos ni se preocupan por nadar. Dejan que los alimentos vayan a ellos. Son como una vaca perezosa que espera que vuelva a crecer la hierba debajo de su boca. Pero muchos microbios sí nadan, y ahí es donde aparecen esas adaptaciones increíbles. Uno de los trucos que pueden usar es deformar sus remos. Flexionado inteligentemente sus remos para crear más arrastre en su palada que en la recuperación, organismos unicelulares como los paramecios se las ingenian para abrirse camino en la multitud de moléculas de agua. Pero hay incluso una solución más ingeniosa a la que llegan las bacterias y los espermatozoides. En vez de menear sus remos de un lado al otro, los hacen girar como sacacorchos. Al igual que un sacacorchos en una botella del vino convierte el giro en movimiento de avance, estas diminutas criaturas giran sus colas helicoidales para propulsarse hacia adelante en un mundo en el que el agua parece corcho. Otras estrategias son aún más extrañas. Algunas bacterias usan el enfoque de Batman. Usan garfios para abrirse camino. Pueden usarlos incluso como una honda para propulsarse. Otros usan ingeniería química. El H. pylori vive solo en la mucosa ácida viscosa de nuestro estómago. Libera un químico que disminuye la mucosa circundante, permitiéndole deslizarse por la viscosidad. Quizá no sorprenda que estos tipos sean responsables también de las úlceras del estómago. Así, al mirar muy, muy de cerca a nuestros cuerpos y al mundo que nos rodea, podemos ver todo tipo de criaturas que encuentras maneras inteligentes de sortear situaciones difíciles. Sin estas adaptaciones, las bacterias nunca encontrarían sus huéspedes, y los espermatozoides nunca llegarían a sus óvulos, lo que significa que nunca tendrías úlceras, pero tampoco habrías nacido, en primer lugar.