Como a assimetria espontânea contribui para a vida
Os microrreatores químicos dão origem a uma nova classe de sistemas inteligentes de matéria ativa
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Na matéria ativa não recíproca, os agentes interagem de forma diferente uns com os outros, aparentemente contrariando a Terceira Lei de Newton. Este princípio pode dar origem a várias características da matéria ativa, tais como a autopropulsão, a regulação molecular e o movimento coletivo. Um novo modelo descreve agora como essas interações não recíprocas podem surgir espontaneamente entre vesículas quimicamente ativas. Os físicos do Departamento de Física da Matéria Viva do Instituto Max Planck de Dinâmica e Auto-Organização (MPI-DS) descobriram que essas vesículas podem alternar dinamicamente entre ignorar-se, atrair-se, repelir-se e perseguir-se mutuamente.
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«No nosso trabalho, descrevemos uma classe fundamentalmente nova de sistemas inteligentes de matéria ativa», afirma Jakob Metson, primeiro autor do estudo. «Notavelmente, estas interações não recíprocas entre as vesículas surgem espontaneamente ao quebrar a simetria das reações químicas», acrescenta. A força motriz por trás deste mecanismo é a atividade enzimática no interior das vesículas semipermeáveis. Isto pode causar um gradiente de concentração química entre o interior de uma vesícula e o seu entorno, definindo o comportamento das vesículas. A não reciprocidade pode surgir entre duas vesículas se a concentração da substância química for mais elevada em relação ao ambiente circundante numa vesícula e mais baixa em relação ao ambiente na outra. Além disso, à medida que as reações enzimáticas prosseguem, este estado dinâmico pode alterar-se ao longo do tempo, quer espontaneamente, quer de forma controlada. A manipulação externa das reações químicas, por exemplo, através da adição de mais reagentes, pode ser utilizada para alterar de forma robusta as interações. Notavelmente, todas as vesículas podem ser preparadas de forma idêntica; no entanto, as suas interações são altamente dinâmicas e dependem do seu estado químico em evolução.
Ramin Golestanian, diretor do MPI-DS, afirma: «Este quadro conceptual proporciona um grau notável de flexibilidade para as propriedades emergentes da suspensão ativa. O paradigma conceptual subjacente ao nosso trabalho é o das simetrias emergentes e da quebra espontânea de simetria a elas associada.» Acredita-se que, nas origens da vida, tenham surgido protocélulas com propriedades semelhantes. A nova estrutura do estudo oferece, assim, uma perspetiva sólida sobre como podem surgir as propriedades que definem a vida, tais como a sinalização, a deteção e o movimento.
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