As gotículas de óleo podem ser feitas para agir como predadores, perseguindo outras gotas que fogem como presas. O comportamento, que é controlada pela sinalização química produzida pelas gotículas, imita o comportamento visto entre os organismos vivos, mas, até agora, não foi recriada em sistemas sintéticos. Este sistema químico sintonizável poderia servir potencialmente um modelo para ajudar a entender as interações em sistemas de muitos corpos, como cardumes de peixes, colônias bacterianas, ou enxames de insetos.

Uma equipe internacional de pesquisadores liderada por cientistas da Penn State descreve o sistema em um artigo publicado em 16 de novembro de 2020 na revista Nature Chemistry.

"Ao controlar a química das gotículas de óleo, podemos criar um sistema no qual as gotículas se comportam ativamente e se comunicam entre si por meio de gradientes químicos, "disse Lauren Zarzar, professor assistente de química na Penn State e líder da equipe de pesquisa. "O que descobrimos é que você pode criar um sistema de gotículas que exibem interações 'não recíprocas'. Uma gota é atraída pela outra, enquanto o outro é repelido, semelhante ao comportamento do predador e da presa. "

Os pesquisadores colocam gotículas em microescala dos dois óleos diferentes em uma solução de água e um surfactante - um composto comumente encontrado em sabonetes que reduz a tensão superficial dos líquidos. Um dos óleos se dissolve mais facilmente na solução de surfactante, fazendo com que essas gotículas emitam um gradiente químico de moléculas de óleo em seus arredores. As gotas são repelidas pelo óleo dissolvido.

"Inicialmente, essa nuvem de óleo ao redor das gotículas é basicamente simétrica e as gotículas não se movem, "disse Caleb Meredith, um estudante de graduação na Penn State e co-autor do artigo. "Mas o que descobrimos é que as gotículas da presa podem realmente absorver parte do óleo liberado pelas gotículas do predador, configurar uma troca fonte-sumidouro de óleo entre as gotas. Quando as gotas chegam perto o suficiente, cria uma assimetria no gradiente químico entre as duas gotas e faz com que a gota do predador se mova em direção à presa, armar uma perseguição. "

A assimetria do gradiente químico do óleo gerado pela fonte e pelo sumidouro causa uma diferença na tensão superficial na superfície das gotículas do predador e da presa. O gradiente faz com que a gota do predador (fonte) se mova em direção à gota da presa (sumidouro). De forma similar, devido ao efeito do gradiente químico emitido pelo predador, a presa é repelida pelo predador que se aproxima.

"Um dos resultados surpreendentes é que as duas gotículas de óleo não precisam ser quimicamente muito diferentes uma da outra para provocar esse comportamento, "disse Zarzar." Nós olhamos uma grande variedade de composições químicas para os óleos e surfactantes, o que nos permitiu estabelecer um conjunto de regras que regem essas interações. Podemos usar essas regras para ajustar a força das interações, controlando as composições dos óleos das gotículas ou do surfactante. "

A equipe de pesquisa também desenvolveu um modelo, que com base em medições das velocidades de perseguição entre pares individuais de gotículas, foi capaz de simular com precisão o movimento de muitas gotas e mostrar como elas se organizam em aglomerados maiores que se movem em uma variedade de formas.

"Eles realmente me parecem que estão vivos às vezes, "disse Meredith." Quando várias gotas se juntam em grupos, elas podem começar a girar, pare e vá, mover em espirais, e até mesmo se dividir em grupos menores. "

Os pesquisadores dizem que, ao compreender os tipos de regras que governam essas interações, seu sistema poderia eventualmente ser usado para modelar experimentalmente sistemas de muitos corpos, desde o comportamento de um grande número de animais até as interações que podem ter desempenhado um papel na evolução do início da vida.

"O que estamos fazendo é realmente básico, pesquisa fundamental em que a motivação é entender os processos de trabalho que podem controlar a atividade de coisas inanimadas como as gotas de óleo, "disse Zarzar." Mas, essas ideias podem encontrar aplicação em outras áreas, como auto-montagem, comportamentos de grupo, e até mesmo ao pensar sobre as origens da vida na Terra, onde misturas de componentes químicos simples tiveram que se organizar de alguma forma em estruturas fora de equilíbrio. Claramente, não estamos olhando para os mesmos produtos químicos, mas podemos ser capazes de estabelecer parâmetros ou condições que, por exemplo, dar origem a tipos semelhantes de interações que ocorreram. "