p O movimento browniano descreve o movimento aleatório de partículas em fluidos, Contudo, este modelo revolucionário só funciona quando um fluido é estático, ou em equilíbrio. p Em ambientes da vida real, os fluidos geralmente contêm partículas que se movem por si mesmas, como minúsculos microorganismos nadadores. Esses nadadores autopropelidos podem causar movimento ou agitação no fluido, o que o afasta do equilíbrio.

p Os experimentos mostraram que as partículas "passivas" imóveis podem apresentar uma aparência estranha, movimentos malucos ao interagir com fluidos "ativos" contendo nadadores. Esses movimentos não se enquadram nos comportamentos convencionais das partículas descritos pelo movimento browniano e, até agora, os cientistas têm se esforçado para explicar como esses movimentos caóticos em grande escala resultam de interações microscópicas entre partículas individuais.

p Agora, pesquisadores da Queen Mary University of London, Universidade de Tsukuba, École Polytechnique Fédérale de Lausanne e Imperial College London, apresentaram uma nova teoria para explicar os movimentos de partículas observados nesses ambientes dinâmicos.

p Eles sugerem que o novo modelo também pode ajudar a fazer previsões sobre comportamentos da vida real em sistemas biológicos, como os padrões de forrageamento de algas ou bactérias nadadoras.

p Dr. Adrian Baule, Professor Sênior em Matemática Aplicada na Queen Mary University of London, quem gerenciou o projeto, disse:"O movimento browniano é amplamente usado para descrever a difusão física, ciências químicas e biológicas; no entanto, não pode ser usado para descrever a difusão de partículas em sistemas mais ativos que costumamos observar na vida real. "

p Ao resolver explicitamente a dinâmica de espalhamento entre a partícula passiva e nadadores ativos no fluido, os pesquisadores foram capazes de derivar um modelo eficaz para o movimento de partículas em fluidos "ativos", que é responsável por todas as observações experimentais.

p Seu cálculo extenso revela que a dinâmica efetiva das partículas segue um chamado 'vôo de Lévy', que é amplamente usado para descrever movimentos 'extremos' em sistemas complexos que estão muito longe do comportamento típico, como em sistemas ecológicos ou dinâmica de terremotos.

p Dr. Kiyoshi Kanazawa da Universidade de Tsukuba, e primeiro autor do estudo, disse:"Até o momento não houve explicação de como os voos de Lévy podem realmente ocorrer com base em interações microscópicas que obedecem às leis físicas. Nossos resultados mostram que os voos de Lévy podem surgir como consequência das interações hidrodinâmicas entre os nadadores ativos e a partícula passiva, o que é muito surpreendente. "

p A equipe descobriu que a densidade de nadadores ativos também afetou a duração do regime de voo de Lévy, sugerindo que microrganismos nadadores poderiam explorar os voos de nutrientes de Lévy para determinar as melhores estratégias de forrageamento para diferentes ambientes.

p O Dr. Baule acrescentou:"Nossos resultados sugerem que estratégias ideais de forrageamento podem depender da densidade das partículas em seu ambiente. Por exemplo, em densidades mais altas, pesquisas ativas pela forrageadora podem ser uma abordagem mais bem-sucedida, ao passo que em densidades mais baixas pode ser vantajoso para a forrageira simplesmente esperar que um nutriente se aproxime enquanto é arrastado pelos outros nadadores e explora regiões maiores do espaço.

p "Contudo, este trabalho não apenas esclarece como os microrganismos nadadores interagem com as partículas passivas, como nutrientes ou plástico degradado, mas revela de forma mais geral como a aleatoriedade surge em um ambiente ativo de não equilíbrio. Essa descoberta pode nos ajudar a entender o comportamento de outros sistemas que são desviados do equilíbrio, que ocorrem não apenas na física e na biologia, mas também nos mercados financeiros, por exemplo. "

p O botânico inglês Robert Brown descreveu o movimento browniano pela primeira vez em 1827, quando ele observou os movimentos aleatórios exibidos pelos grãos de pólen quando adicionados à água.

p Décadas depois, o famoso físico Albert Einstein desenvolveu o modelo matemático para explicar esse comportamento, e ao fazer isso provou a existência de átomos, lançando as bases para aplicações generalizadas na ciência e além.