最近的研究表明,非互惠相互作用可以增强活跃系统内的秩序。这一结论来自于马克斯·普朗克动力学与自组织研究所(MPI-DS)生物物质物理学部门的科学家们的研究。他们开发了一个模型,以说明不同水平的非互惠性如何影响活跃系统中出现的模式。
生物物质通常表现出在更简单的物理系统中找不到的行为。一个突出的例子是各种粒子类型之间的不对称相互作用:一种分子可能被吸引到另一种分子身边,而该分子却将第一种分子推开——这类似于一种捕食者追逐其猎物,猎物则试图逃跑。这种相互作用类型被称为非互惠相互作用,它可以导致更大规模上有趣的模式,正如之前的研究所显示的。由此产生的宏观模式通常反映了对系统整体功能至关重要的架构,例如在活细胞中发现的架构。
在他们的研究中,Navdeep Rana和Ramin Golestanian探讨了非互惠性与塑造这些模式的缺陷出现之间的关系。Rana解释说:“一般而言,增加的非互惠性会导致更大的活跃性,通常系统中的秩序会减少。然而,我们发现实际上情况正好相反;当非互惠性超过某个阈值时,会出现有序的波动模式。”因此,这项研究强调了非互惠性在减少活跃系统中缺陷的重要性,促进有序结构的发展。
科学家们进行了模拟,以考察自然发生的缺陷的物理特性,这些缺陷像形成两个金属匙的错位一样破坏了秩序。Golestanian补充道:“尽管以非平衡的方式持续弯曲一个匙会创造出更多纠缠的缺陷并削弱它直到断裂,而非互惠相互作用则引导系统消除这些缺陷,并实现完美的秩序。”他总结道:“这一非凡的特性为非互惠活跃物质系统的应用开辟了众多可能性。”
总之,这项研究揭示了支配活跃物质组织的基本物理原理,这对理解生命的起源至关重要。