In che modo l’asimmetria spontanea contribuisce alla vita
I microreattori chimici danno vita a una nuova classe di sistemi intelligenti di materia attiva
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Nella materia attiva non reciproca, gli agenti interagiscono tra loro in modo diverso, apparentemente in violazione della terza legge di Newton. Questo principio può dar origine a varie caratteristiche della materia attiva, quali l’autopropulsione, la regolazione molecolare e il moto collettivo. Un nuovo modello descrive ora come tali interazioni non reciproche possano emergere spontaneamente tra vescicole chimicamente attive. I fisici del Dipartimento di Fisica della Materia Vivente presso l’Istituto Max Planck per la Dinamica e l’auto-organizzazione (MPI-DS) hanno scoperto che tali vescicole possono passare dinamicamente dall’ignorarsi a vicenda all’attrarsi, respingersi e inseguirsi.
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«Nel nostro lavoro descriviamo una classe fondamentalmente nuova di sistemi di materia attiva intelligente», afferma Jakob Metson, primo autore dello studio. «È sorprendente che queste interazioni non reciproche tra le vescicole emergano spontaneamente rompendo la simmetria delle reazioni chimiche», aggiunge. La forza motrice alla base di questo meccanismo è l’attività enzimatica all’interno delle vescicole semipermeabili. Ciò può determinare un gradiente di concentrazione chimica tra l’interno di una vescicola e l’ambiente circostante, definendo il comportamento delle vescicole. La non reciprocità può emergere tra due vescicole se la concentrazione della sostanza chimica è più elevata rispetto all’ambiente circostante in una vescicola e più bassa rispetto all’ambiente nell’altra. Inoltre, man mano che le reazioni enzimatiche proseguono, questo stato dinamico può cambiare nel tempo, sia spontaneamente che in modo controllato. La manipolazione esterna delle reazioni chimiche, ad esempio aggiungendo ulteriori reagenti, può essere utilizzata per alterare in modo significativo le interazioni. È degno di nota il fatto che tutte le vescicole possano essere preparate in modo identico; tuttavia, le loro interazioni sono altamente dinamiche e dipendono dal loro stato chimico in evoluzione.
Ramin Golestanian, direttore dell’MPI-DS, afferma: «Questo quadro concettuale offre un notevole grado di flessibilità per le proprietà emergenti della sospensione attiva. Il paradigma concettuale alla base del nostro lavoro è quello delle simmetrie emergenti e della loro associata rottura spontanea della simmetria». Si ritiene che alle origini della vita siano emerse protocellule con proprietà simili. Il nuovo quadro teorico dello studio offre quindi una prospettiva solida su come possano emergere le proprietà che definiscono la vita, quali la segnalazione, la percezione e il movimento.
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