Vezicule identice, comportamente diferite: un model arată cum asimetria spontană dă naștere unui comportament asemănător vieții
Într-un sistem de materie activă nereciprocă, agenții acționează diferit unii asupra altora, într-un mod care pare să încalce al treilea principiu al lui Newton. Acest principiu poate genera diverse trăsături ale materiei active, precum autopropulsia, reglarea moleculară și mișcarea colectivă. Un model nou descrie modul în care astfel de interacțiuni nereciproce pot apărea spontan între vezicule active din punct de vedere chimic.
Fizicieni din Departamentul de Fizica Materiei Vii de la Institutul Max Planck pentru Dinamică și Auto-organizare (MPI-DS) au constatat că astfel de vezicule pot alterna dinamic între a se ignora, a se atrage, a se respinge și a se urmări reciproc. Studiul este publicat în revista Newton.
„În lucrarea noastră descriem o clasă fundamental nouă de sisteme inteligente de materie activă”, spune Jakob Metson, primul autor al studiului. „Remarcabil este faptul că aceste interacțiuni nereciproce între vezicule apar spontan prin ruperea simetriei reacțiilor chimice”, adaugă el.
Gradienți chimici care determină interacțiuni în schimbare
Forța motrice din spatele acestui mecanism este activitatea enzimatică din interiorul veziculelor semipermeabile. Aceasta poate produce un gradient de concentrație chimică între interiorul unei vezicule și mediul său înconjurător, ceea ce definește comportamentul veziculelor.
Nereciprocitatea poate apărea între două vezicule dacă concentrația chimică din interiorul uneia este mai mare decât în mediul său, în timp ce concentrația din interiorul celeilalte este mai mică decât în mediul său. Mai mult, pe măsură ce reacțiile enzimatice continuă, această stare dinamică se poate schimba în timp, fie spontan, fie într-un mod controlat. Manipularea externă a reacțiilor chimice, de exemplu prin adăugarea de reactanți suplimentari, poate fi folosită pentru a modifica interacțiunile. Toate veziculele pot fi pregătite identic, însă interacțiunile lor sunt foarte dinamice și depind de starea lor chimică în evoluție.
Un cadru pentru un comportament asemănător vieții
Ramin Golestanian, director la MPI-DS, spune: „Acest cadru conceptual oferă un grad remarcabil de flexibilitate pentru proprietățile emergente ale suspensiei active. Paradigma conceptuală care stă la baza lucrării noastre este cea a simetriilor emergente și a ruperii spontane de simetrie asociate acestora.”
La originile vieții, se presupune că au apărut protocelule cu proprietăți similare. Noul cadru al studiului oferă astfel o perspectivă asupra modului în care proprietățile care definesc viața, precum semnalizarea, perceperea și mișcarea, pot apărea.
