Des chercheurs conçoivent un système qui émule un comportement semblable à la vie dans un système non vivant –

Une équipe internationale de chercheurs dirigée par des scientifiques de Penn State décrit le système dans un article publié le 16 novembre 2020 dans la revue Chimie de la nature.

«En contrôlant la chimie des gouttelettes d’huile, nous pouvons créer un système dans lequel les gouttelettes se comportent activement et communiquent entre elles par le biais de gradients chimiques», a déclaré Lauren Zarzar, professeur adjoint de chimie à Penn State et chef de l’équipe de recherche. “Ce que nous avons trouvé passionnant, c’est que vous pouvez concevoir un système de gouttelettes qui présentent des interactions” non réciproques “. Une gouttelette est attirée par l’autre, tandis que l’autre est repoussée, semblable au comportement du prédateur et de la proie.”

Les chercheurs placent des gouttelettes à l’échelle microscopique des deux huiles différentes dans une solution d’eau et d’un surfactant – un composé couramment trouvé dans les savons qui abaisse la tension superficielle des liquides. L’une des huiles se dissout plus facilement dans la solution de tensioactif, ce qui fait que ces gouttelettes émettent un gradient chimique de molécules d’huile dans son environnement. Les gouttelettes sont repoussées par l’huile dissoute.

«Au départ, ce nuage d’huile autour des gouttelettes est fondamentalement symétrique et les gouttelettes ne bougent pas», a déclaré Caleb Meredith, un étudiant diplômé à Penn State et co-premier auteur de l’article. “Mais ce que nous avons découvert, c’est que les gouttelettes de proie peuvent en fait absorber une partie de l’huile libérée par les gouttelettes du prédateur, créant un échange d’huile source-puits entre les gouttelettes. Lorsque les gouttelettes se rapprochent suffisamment, cela crée une asymétrie dans le produit chimique. gradient entre les deux gouttelettes et amène la gouttelette du prédateur à se déplacer vers la proie, mettant en place une poursuite. “

L’asymétrie du gradient chimique du pétrole généré par la source et le puits provoque une différence de tension superficielle à la surface des gouttelettes de prédateur et de proie. Le gradient amène la gouttelette de prédateur (source) à se déplacer vers la gouttelette de proie (puits). De même, en raison de l’effet du gradient chimique émis par le prédateur, la proie est repoussée par l’approche du prédateur.

“L’un des résultats surprenants est que les deux gouttelettes d’huile n’ont pas besoin d’être chimiquement très différentes l’une de l’autre pour provoquer ce comportement”, a déclaré Zarzar. «Nous avons examiné une grande variété de compositions chimiques pour les huiles et le surfactant, ce qui nous a permis d’établir un ensemble de règles qui régissent ces interactions. Nous pouvons utiliser ces règles pour régler la force des interactions en contrôlant les compositions des huiles en gouttelettes. ou tensioactif. “

L’équipe de recherche a également développé un modèle qui, basé sur des mesures des vitesses de chasse entre des paires individuelles de gouttelettes, a pu simuler avec précision le mouvement de nombreuses gouttelettes et montrer comment elles s’organisent en grappes plus grandes qui se déplacent de diverses manières.

“Ils me regardent vraiment comme s’ils étaient vivants parfois”, a déclaré Meredith. «Lorsque plusieurs gouttelettes se rassemblent en grappes, elles peuvent commencer à tourner, s’arrêter et partir, se déplacer en spirales et même se séparer en plus petits groupes.

Les chercheurs affirment qu’en comprenant les types de règles qui régissent ces interactions, leur système pourrait éventuellement être utilisé pour modéliser expérimentalement des systèmes à plusieurs corps allant du comportement d’un grand nombre d’animaux aux interactions qui auraient pu jouer un rôle dans l’évolution de Jeunesse.

“Ce que nous faisons est une recherche vraiment fondamentale et fondamentale où la motivation est de comprendre les processus en cours qui peuvent contrôler l’activité des choses inanimées comme les gouttelettes d’huile”, a déclaré Zarzar. “Mais, ces idées pourraient trouver une application dans d’autres domaines, comme l’auto-assemblage, les comportements de groupe, et même dans la réflexion sur les origines de la vie sur Terre où des mélanges de composants chimiques simples devaient d’une manière ou d’une autre s’organiser en structures sans équilibre. ne regardent pas les mêmes produits chimiques, mais nous pourrons peut-être établir des paramètres ou des conditions qui, par exemple, donnent lieu à des types d’interactions similaires. “

Source de l’histoire:

Matériaux fourni par État de Penn. Original écrit par Sam Sholtis. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.