Nowy model ujawnia, w jaki sposób interakcje molekularne wpływają na porządek w układach aktywnych.
Naukowcy z Zakładu Fizyki Żywej Materii w Instytucie Dynamiki i Samoorganizacji im. Maxa Plancka (MPI-DS) odkryli, że interakcje niewzajemne mogą poprawiać porządek w układach aktywnych. Korzystając z nowo opracowanego modelu, pokazali, jak stopień braku wzajemności wpływa na tworzenie wzorców, zapewniając głębszy wgląd w organizację złożonych, dynamicznych systemów.
Niewzajemne interakcje w materii żywej
Materia żywa wykazuje unikalne cechy, których nie można znaleźć w prostszych układach fizycznych. Uderzającym przykładem jest nierówna interakcja między różnymi typami cząstek. Na przykład jedna cząsteczka może być przyciągana przez drugą, a druga odpychana – podobnie jak drapieżnik ściga ofiarę, która instynktownie próbuje uciec. Zjawisko to, znane jako interakcja niewzajemna, może powodować powstawanie złożonych wzorców na dużą skalę, jak wykazano wcześniej. Wzorce te często przypominają podstawowe struktury występujące w żywych systemach, takie jak organizacja w komórce.
Badanie braku wzajemności i tworzenia wzorców
W nowym badaniu Navdeep Rana i Ramin Golestanian zbadali wzajemne oddziaływanie między brakiem wzajemności a powstawaniem defektów, co wpływa na powstałe wzorce.
„Zazwyczaj silniejszy brak wzajemności powoduje większą aktywność i tym samym wiąże się z mniejszym porządkiem w systemie” – wyjaśnia Rana. „Odkryliśmy jednak, że w rzeczywistości jest odwrotnie i gdy brak wzajemności przekracza pewien poziom, powstają dobrze uporządkowane wzorce fal”.
Dlatego nowe badanie podkreśla znaczenie braku wzajemności w eliminowaniu defektów w systemach aktywnych w celu tworzenia uporządkowanych struktur.
Wgląd w symulację dynamiki defektów
Naukowcy wykorzystali symulacje, aby zbadać właściwości fizyczne naturalnie występujących defektów, które zakłócają porządek, podobnie jak dyslokacje w metalu używanym do produkcji łyżek.
„O ile napęd nierównowagowy w postaci wielokrotnego zginania łyżki powoduje powstawanie coraz bardziej splątanych defektów i osłabia jej wytrzymałość aż do złamania, o tyle oddziaływania niewzajemne kierują system na ścieżkę eliminacji defektów i stworzenia idealnego porządku.” dodaje Golestanian.
„Ta niezwykła właściwość otwiera wiele możliwości zastosowań niewzajemnych systemów materii aktywnej” – podsumowuje.
Uwagi końcowe na temat organizacji materii aktywnej
Ogólnie rzecz biorąc, badanie ujawnia podstawowe zasady fizyczne leżące u podstaw organizacji materii czynnej, które są ważne dla powstawania życia.
Referencje:
„Interakcje defektów w niewzajemnym modelu Cahna – Hilliarda”, Navdeep Rana i Ramin Golestanian, 9 grudnia 2024 r., Nowy dziennik fizyki.
DOI: 10.1088/1367-2630/ad9859
„Rozwiązania defektów niewzajemnego modelu Cahna-Hilliarda: spirale i cele”, Navdeep Rana i Ramin Golestanian, 15 sierpnia 2024 r., Listy z przeglądu fizycznego.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.078301
