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)
Em 1977, o físico Edward Purcell calculou que, se empurrarmos uma bactéria e a deixarmos ir, ela parará em cerca de um milionésimo de segundo. Nesse tempo, ela teria percorrido menos do que o diâmetro de um átomo. O mesmo acontece com um espermatozoide e com muitos outros micróbios. Tudo tem a ver com o facto de serem extremamente pequenos. As criaturas microscópicas habitam um mundo que nos é estranho, onde percorrer dois centímetros de água é uma proeza incrível. Mas porque é que o tamanho é tão importante para um nadador? O que é que torna o mundo do esperma tão fundamentalmente diferente do mundo do esperma das baleias? Para o saber, temos que mergulhar na física dos fluidos. Eis uma forma de pensar nisso. Imaginem que estão a nadar numa piscina. São vocês e um monte de moléculas de água. As moléculas de água são muito mais numerosas que vocês, numa proporção de mil biliões de biliões para um. Atravessá-las com o vosso corpo gigantesco é fácil mas, se forem extremamente pequenos, digamos, do mesmo tamanho de uma molécula de água, é como se estivessem a nadar numa piscina repleta de pessoas. Em vez de passar facilmente por todas aquelas moléculas minúsculas, cada molécula de água é como outra pessoa que é preciso empurrar, para chegar a qualquer lado. Em 1883, o físico Osborne Reynolds calculou que há um número que pode prever como se comporta um fluido. Chama-se o número de Reynolds e depende de propriedades simples, como o tamanho do nadador, a sua velocidade, a densidade do fluido e a aderência, ou viscosidade, do fluido. O que isto significa é que as criaturas de diversos tamanhos habitam mundos muito diferentes. Por exemplo, graças à sua dimensão enorme, o esperma da baleia vive num mundo com um número de Reynolds grande. Se abanar a cauda uma vez, vai parar a uma distância incrível. Mas o espermatozoide vive num mundo com um número de Reynolds baixo. Se um espermatozoide deixar de abanar a cauda, nem sequer ultrapassa um simples átomo. Para imaginarmos como seria ser um espermatozoide, é preciso reduzirmo-nos ao seu número de Reynolds. Imaginem que estão dentro de um boião de melaço, a mexer os braços, com a velocidade do ponteiro dos minutos e ficarão com a ideia daquilo que um espermatozoide enfrenta. Como é que os micróbios conseguem chegar a qualquer lado? Muitos deles nem sequer se preocupam em nadar, Deixam que os alimentos vão ter com eles. Parecem uma vaca preguiçosa que espera que a erva volte a crescer por baixo da boca dela. Mas há muitos micróbios que nadam e é aí que aparecem adaptações incríveis. Um dos truques que usam é uma deformação dos remos. Flexionando inteligentemente o remo, para criar mais impulso na propulsão de propulsão, organismos unicelulares, como a paramécia, conseguem abrir caminho por entre as muitas moléculas de água. Mas há uma solução ainda mais engenhosa a que chegaram bactérias e espermatozoides. Em vez de agitarem os remos para trás e para a frente, agitam-nos em espiral como um saca-rolhas. Tal como um saca-rolhas numa garrafa de vinho, transforma o movimento de rotação em movimento de impulsão, estas criaturas minúsculas giram as suas caudas helicoidais para avançarem em frente num mundo onde a água parece tão espessa como a cortiça. Outras estratégias ainda são mais estranhas. Há bactérias com uma abordagem à Batman. Usam grampos que projetam, para avançarem em frente. Até podem usar esta espécie de anzóis como uma funda, projetando-se para a frente. Outras usam a engenharia química. O H.pylori só vive nos meios ácidos e viscosos no interior do nosso estômago. Liberta um produto químico que dilui os mucos envolventes, o que lhe permite deslizar por entre o meio viscoso. Talvez não surpreenda saber que estes seres são responsáveis pelas úlceras gástricas. Por isso, se observarem com atenção o vosso corpo e o mundo à sua volta, poderão ver todo o tipo de criaturas minúsculas que encontram maneiras inteligentes de se movimentarem numa situação viscosa. Sem estas adaptações, as bactérias nunca encontrariam os seus hospedeiros e os espermatozoides nunca chegariam aos ovos, o que significa que nunca teríamos úlceras gástricas mas também nunca teríamos nascido.