No mundo bacteriano, como no maior, a beleza pode ser passageira. Ao nadar junto com a quantidade certa de vigor, massas de células bacterianas produzem turbilhonamento, padrões hipnóticos. Muito vigor, Contudo, e eles caem em uma turbulência caótica.
Uma equipe de físicos liderada pelo colega da Universidade Rockefeller, Tyler Shendruk, detectou recentemente uma assinatura matemática reveladora inscrita nessa desintegração da ordem ao caos. A descoberta deles, descrito em 16 de maio em Nature Communications , fornece o primeiro elo concreto entre turbulência em um sistema biológico e dentro do mundo físico mais amplo, onde é mais conhecido por bater aviões e barcos.
Um fluido que se move
Em sistemas físicos, turbulência surge quando o fluxo suave de um líquido ou gás é interrompido, produzindo redemoinhos imprevisíveis como aqueles em ondas de fumaça, surf espumante, e um voo de cair o estômago. Por mais que tentem, os cientistas ainda não podem prever com precisão como a fumaça, agua, ar, ou qualquer outra substância se moverá durante a turbulência.
Algo semelhante parece acontecer em certos sistemas biológicos. Recentemente, os cientistas descobriram uma dinâmica semelhante à turbulência emergindo do que eles chamam de fluidos ativos, como uma massa densa de bactérias natatórias ou uma coleção de proteínas geradoras de movimento suspensas em um líquido. Ao contrário de uma gota d'água, esses fluidos ativos se movem por conta própria. A turbulência biológica que eles geram difere, portanto, em alguns aspectos significativos do fenômeno físico, e a relação entre esses dois tipos de turbulência permanece controversa e mal compreendida.
A recente descoberta de Shendruk une os dois, mostrando que, à medida que surge e se propaga, a turbulência segue o mesmo padrão em massas de bactérias nadadoras e no ar, agua, ou qualquer outro sistema físico.
Descida ao caos
Na pesquisa que começou com Julia Yeomans na Universidade de Oxford, Shendruk e seus colegas criaram uma simulação de computador de bactérias nadando com vigor crescente dentro de um canal confinado.
Em seus modelos, uma vez que a atividade bacteriana atinge um certo ponto, um padrão rítmico emerge com vórtices alternados no sentido horário e anti-horário. Mas à medida que a natação se torna ainda mais vigorosa, o padrão começa a se desfazer. A turbulência surge primeiro como baforadas que interrompem brevemente o padrão, então morra.
Quando Shendruk e seus colegas observaram de perto como as baforadas se propagaram, eles descobriram que, uma vez que essas irregularidades surgiram, eles se ramificaram de forma imprevisível, às vezes morrendo, às vezes continuando a se dividir novamente.
Por fim, esses ramos formaram caminhos que se assemelhavam ao movimento da água quente através do pó de café. Como a água percolada, as baforadas devem se dividir continuamente para que a turbulência se espalhe e, por fim, ultrapasse os redemoinhos ordenados.
A percolação do café é uma metáfora familiar para os físicos, um que é usado para descrever como a turbulência física se comporta à medida que se espalha. Ao identificar a mesma progressão de ordem para desordem entre as bactérias nadadoras, Shendruk e seus colegas efetivamente reduziram a divisão entre a turbulência dos fluidos ativos e aquela vista em outras partes do mundo.
“Ao ligar os fenômenos físicos e biológicos, esta descoberta amplia a família de fenômenos considerados turbulência, "Shendruk diz." Esta conexão pode nos ajudar a entender melhor a turbulência em si, bem como a dinâmica dentro desses fluxos bacterianos. "
