Uma equipe de cientistas de Bilkent projetou o sistema experimental mais simples até agora para identificar os requisitos mínimos para o surgimento de complexidade. Seu trabalho é relatado na edição atual da Nature Communications .
Embora seja universalmente reconhecido que os seres humanos são sistemas complexos que vivem uma vida complexa em um ambiente complexo, muito pouco se sabe sobre como surge a complexidade e como pode ser controlada. Muito da compreensão dos cientistas sobre este assunto vem de sistemas de modelos, como autômatos celulares, que são tão artificiais que têm pouca relevância para os sistemas físicos reais. Em contraste, os sistemas da vida real são tão complicados que é difícil identificar os fatores essenciais para o surgimento de dinâmicas complexas.
O trabalho dos pesquisadores de Bilkent revelou que simplesmente apontar um laser sobre uma solução coloidal é suficiente para observar um conjunto muito rico de comportamentos complexos, mostrando que as partículas podem formar agregados autocatalíticos que podem se auto-regular, Auto cura, auto-replicar e migrar. Muito semelhante aos organismos vivos, esses agregados também podem assumir muitos padrões diferentes que competem por recursos limitados, que muitas vezes termina com a sobrevivência do mais apto e a "morte" dos competidores menos bem-sucedidos.
Dr. Serim Ilday, do Departamento de Física, quem é o autor principal do artigo, explicou o pano de fundo do estudo desta forma:"A natureza é a fonte última de complexidade, e sabemos que a natureza não microgerencia a complexidade. A natureza define as regras e permite que a dinâmica do sistema cuide do resto dos detalhes. Queríamos adotar essa perspectiva e definir dois gerais, regras simples para o sistema obedecer:Forças convectivas criadas pelo laser promoverão a formação e o crescimento dos agregados, e o forte movimento browniano inerente [movimento aleatório das partículas em um fluido] das partículas funcionará contra ele. O resto é orquestrado pelo controle desses mecanismos de feedback positivo e negativo usando apenas dois parâmetros:potência do laser e posição do feixe. "
As tentativas anteriores de identificar os mecanismos fundamentais do surgimento da complexidade não foram totalmente bem-sucedidas, uma vez que dependiam muito de mecanismos complicados que exigiam controle quase absoluto sobre um sistema complexo. "É exatamente por isso que evitamos usar partículas funcionalizadas ou produtos químicos específicos, magnético, interações ópticas ou elétricas, "disse o Prof. F. Ömer Ilday, co-autor do artigo e membro dos departamentos de Engenharia Elétrica e Eletrônica e Física.
O sistema funciona de maneira aproximadamente semelhante a uma máquina a vapor. O laser cria um ponto quente, enquanto o resto do sistema está frio. Uma convecção de formas quentes para frias, que carrega as partículas. Quando o laser é desligado, a convecção para e as partículas se espalham devido ao ruído térmico ou movimento browniano. "Usar o ruído como uma ferramenta para controlar comportamentos complexos era uma abordagem não convencional, "disse o Prof. Ilday." A aleatoriedade é a antítese do controle para os sistemas feitos pelo homem; engenheiros trabalham duro para suprimi-lo. É o oposto para sistemas biológicos; a vida prospera com e dentro das flutuações. A qualquer custo, evitar flutuações simplesmente não é viável em escalas muito pequenas. "
Outro co-autor, chefe do departamento de física Prof. Oguz Gulseren, adicionado, "Devido a fortes flutuações, temos uma cinética recorde; tudo acontece em segundos. Isso nos permite explorar uma porção maior de ordens de magnitude do espaço de fase, o que é crucial para demonstrar uma dinâmica mais rica. "
Por ser simples e bastante independente do tipo, forma ou tamanho do material que está sendo usado, o trabalho tem grande potencial para impactar uma grande variedade de campos de pesquisa, variando de matéria ativa a física estatística de não equilíbrio, e além disso para a química supramolecular ou de sistemas.
Como o Prof. Ilday observou, "Já que a água não se importa com o que está carregando, a metodologia pode ser aplicada, em princípio, a muitos tipos diferentes de materiais, sem vida e vivendo da mesma forma. De fato, " Ele continuou, referindo-se a um estudo de acompanhamento no qual a equipe está trabalhando, “já começamos a mostrar evolução”.
