A primera vista, una manada de lobos tiene poco que ver con una vinagreta. Sin embargo, un equipo liderado por Ramin Golestanian, Director del Instituto Max Planck de Dinámica y Autoorganización, ha desarrollado un modelo que establece un vínculo entremovimiento de depredadores y presas y la segregación de vinagre y aceite. Ampliaron un marco teórico que hasta ahora solo era válido para materia inanimada. Además de depredadores y presas, ahora se pueden describir otros sistemas vivos como las enzimas o las células autoorganizadas.
El orden no siempre es evidente a primera vista. Si corría con una manada de lobos cazando ciervos, los movimientos parecerían desordenados. Sin embargo, si la caza se observa a vista de pájaro y durante un período de tiempo más largo, los patrones se vuelvenaparente en el movimiento de los animales. En física, tal comportamiento se considera ordenado. Pero, ¿cómo surge este orden? El Departamento de "Física de la materia viva" de Ramin Golestanian se dedica a esta cuestión e investiga las reglas físicas que gobiernan el movimiento en los seres vivos.o sistemas activos. El objetivo de Golestán es revelar las características universales de la materia viva activa. Esto incluye no solo organismos más grandes, como depredadores y presas, sino también bacterias, enzimas y proteínas motoras, así como sistemas artificiales como los micro-robots.describir un grupo de tales sistemas activos a grandes distancias y largos períodos de tiempo, los detalles específicos de los sistemas pierden importancia. Su distribución general en el espacio se convierte en última instancia en la decisióncaracterística siva ", explica Golestán.
De inanimado a sistema vivo
Su equipo en Gotinga ha logrado recientemente un gran avance en la descripción de la materia viva. Para lograrlo, Suropriya Saha, Jaime Agudo-Canalejo y Ramin Golestanian comenzaron con la conocida descripción del comportamiento de la materia inanimada y la ampliaron.El punto era tener en cuenta la diferencia fundamental entre materia viva e inanimada. En contraste con la materia pasiva inanimada, la materia activa viva puede moverse por sí misma. Los físicos usan la ecuación de Cahn-Hilliard para describir cómo las mezclas inanimadas, como una emulsión deaceite y agua separados.
La caracterización desarrollada en la década de 1950 se considera el modelo estándar de separación de fases. Se basa en el principio de reciprocidad: ojo por ojo. El aceite repele el agua de la misma manera que el agua repele el aceite. Sin embargo, este no siempre es elcaso de materia viva o sistemas activos. Un depredador persigue a su presa, mientras que la presa intenta escapar del depredador. Solo recientemente se ha demostrado que existe un comportamiento no recíproco es decir, activo incluso en el movimiento de los sistemas más pequeños, comocomo enzimas. Por lo tanto, las enzimas pueden concentrarse específicamente en áreas celulares individuales, algo que es necesario para muchos procesos biológicos. Tras este descubrimiento, los investigadores de Göttingen investigaron cómo se comportan las grandes acumulaciones de diferentes enzimas. ¿Se mezclarían o formarían grupos?surgen características imprevistas? Con el fin de dar respuesta a estas preguntas, el equipo de investigación se puso a trabajar.
De repente aparecen ondas
La primera tarea fue modificar la ecuación de Cahn-Hilliard para incluir interacciones no recíprocas. Debido a que la ecuación describe sistemas no vivos, la reciprocidad de las interacciones pasivas está profundamente arraigada en su estructura. Por lo tanto, cada proceso descrito por ella termina enequilibrio termodinámico. En otras palabras, todos los participantes finalmente entran en un estado de reposo. Sin embargo, la vida tiene lugar fuera del equilibrio termodinámico. Esto se debe a que los sistemas vivos no permanecen en reposo, sino que utilizan energía para lograr algo por ejemplo, su propia reproducciónSuropriya Saha y sus colegas toman en cuenta este comportamiento al expandir la ecuación de Cahn-Hilliard por un parámetro que caracteriza las actividades no recíprocas. De esta manera, ahora también pueden describir procesos que difieren de los procesos pasivos en algún grado.
Saha y sus colegas utilizaron simulaciones por computadora para estudiar los efectos de las modificaciones introducidas. "Sorprendentemente, incluso la no reciprocidad mínima conduce a desviaciones radicales del comportamiento de los sistemas pasivos", dice Saha. Por ejemplo, el investigador observó la formación deondas viajeras en una mezcla de dos tipos diferentes de partículas. En este fenómeno, las bandas de un componente persiguen las bandas del otro componente, lo que da como resultado un patrón de rayas en movimiento. Además, se pueden formar redes complejas en mezclas de partículas en las quelos grupos de un componente persiguen grupos del otro componente. Con su trabajo, los investigadores esperan contribuir al progreso científico tanto en física como en biología. Por ejemplo, el nuevo modelo puede describir y predecir el comportamiento de diferentes células, bacterias o enzimas."Le hemos enseñado nuevos trucos a un perro viejo con este modelo", dice Golestanian. "Nuestra investigación muestra que la física contribuye a nuestra comprensión de la biología y que el chaLos alcances que plantea el estudio de la materia viva abren nuevas vías para la investigación fundamental en física ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Max-Planck-Gesellschaft . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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