Cómo contribuye la asimetría espontánea a la vida
Los microrreactores químicos dan lugar a una nueva clase de sistemas de materia activa inteligente
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En la materia activa no recíproca, los agentes interactúan entre sí de forma diferente, lo que parece contravenir la tercera ley de Newton. Este principio puede dar lugar a diversas características de la materia activa, como la autopropulsión, la regulación molecular y el movimiento colectivo. Un nuevo modelo describe ahora cómo pueden surgir espontáneamente estas interacciones no recíprocas entre vesículas químicamente activas. Los físicos del Departamento de Física de la Materia Viva del Instituto Max Planck de Dinámica y autoorganización (MPI-DS) han descubierto que estas vesículas pueden alternar dinámicamente entre ignorarse, atraerse, repelerse y perseguirse unas a otras.
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«En nuestro trabajo, describimos una clase fundamentalmente nueva de sistemas de materia activa inteligente», afirma Jakob Metson, primer autor del estudio. «Sorprendentemente, estas interacciones no recíprocas entre las vesículas surgen espontáneamente al romperse la simetría de las reacciones químicas», añade. La fuerza motriz detrás de este mecanismo es la actividad enzimática dentro de las vesículas semipermeables. Esto puede provocar un gradiente de concentración química entre el interior de una vesícula y su entorno, lo que determina el comportamiento de las vesículas. La no reciprocidad puede surgir entre dos vesículas si la concentración de la sustancia química es mayor en una de ellas en comparación con el entorno, y menor en la otra en comparación con el entorno. Además, a medida que continúan las reacciones enzimáticas, este estado dinámico puede cambiar con el tiempo, ya sea de forma espontánea o controlada. La manipulación externa de las reacciones químicas, por ejemplo añadiendo más reactivos, puede utilizarse para alterar de forma significativa las interacciones. Sorprendentemente, todas las vesículas pueden prepararse de forma idéntica; sin embargo, sus interacciones son muy dinámicas y dependen de su estado químico cambiante.
Ramin Golestanian, director del MPI-DS, afirma: «Este marco conceptual ofrece un notable grado de flexibilidad para las propiedades emergentes de la suspensión activa. El paradigma conceptual que subyace a nuestro trabajo es el de las simetrías emergentes y su asociada ruptura espontánea de la simetría». Se cree que, en los orígenes de la vida, surgieron protocélulas con propiedades similares. El nuevo marco del estudio ofrece, por tanto, una perspectiva sólida sobre cómo pueden surgir las propiedades que definen la vida, como la señalización, la detección y el movimiento.
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