Os sistemas vivos ou biológicos não podem ser facilmente compreendidos usando as leis padrão da física, como termodinâmica, como os cientistas fariam com os gases, líquidos ou sólidos. Os sistemas vivos são ativos, demonstrando propriedades fascinantes, como a adaptação ao ambiente ou a reparação de si próprios. Explorando as questões colocadas por sistemas vivos usando simulações de computador, pesquisadores da Universidade de Göttingen descobriram agora um novo tipo de efeito de ordenação gerado e sustentado por uma simples deformação mecânica, cisalhamento especificamente estável. Os resultados foram publicados em PNAS .

Compreendendo os sistemas vivos, como tecidos formados por células, representa um desafio significativo por causa de suas propriedades exclusivas, como adaptação, autorreparação e autopropulsão. Apesar disso, eles podem ser estudados usando modelos que os tratam apenas como algo incomum, forma "ativa" de matéria física. Isso pode revelar propriedades dinâmicas ou mecânicas extraordinárias. Um dos quebra-cabeças é como os materiais ativos se comportam sob cisalhamento (a deformação produzida ao mover as camadas superior e inferior lateralmente em direções opostas, como deslizar placas de cobertura de microscópio umas contra as outras). Pesquisadores do Instituto de Física Teórica, A Universidade de Göttingen explorou essa questão e descobriu um novo tipo de efeito de ordenação que é gerado e sustentado pela deformação por cisalhamento constante. Os pesquisadores usaram um modelo de computador de partículas autopropulsoras, onde cada partícula é impulsionada por uma força de propulsão que muda de direção lenta e aleatoriamente. Eles descobriram que, embora o fluxo das partículas seja semelhante ao de líquidos comuns, há uma ordem oculta revelada ao olhar para as direções da força:estas tendem a apontar para a placa mais próxima (superior ou inferior), enquanto as partículas com forças laterais agregam-se no meio do sistema.

"Estávamos explorando a resposta de um modelo de material ativo sob direção constante, onde o sistema está imprensado entre duas paredes, um estacionário e o outro movendo-se para gerar deformação por cisalhamento. O que vimos foi que com uma força motriz suficientemente forte, surge um efeito de ordenação interessante, "diz o Dr. Rituparno Mandal, Instituto de Física Teórica da Universidade de Göttingen. "Agora também entendemos o efeito de ordenação usando uma teoria analítica simples e as previsões dessa teoria combinam surpreendentemente bem com a simulação."

Professor Peter Sollich, autor sênior, também do Instituto de Física Teórica, Universiy of Göttingen, explica, "Muitas vezes, uma força externa ou força motriz destrói o ordenamento. Mas aqui a condução por fluxo de cisalhamento é a chave para fornecer mobilidade às partículas que compõem o material ativo, e eles realmente precisam dessa mobilidade para atingir a ordem observada. Os resultados abrirão possibilidades estimulantes para os pesquisadores que investigam as respostas mecânicas da matéria viva. "