Un equipo de científicos de Bilkent ha diseñado el sistema experimental más simple hasta la fecha para identificar los requisitos mínimos para el surgimiento de la complejidad. Su trabajo se informa en la edición actual de Comunicaciones de la naturaleza .
Si bien se reconoce universalmente que los seres humanos son sistemas complejos que viven una vida compleja en un entorno complejo, Se sabe muy poco sobre cómo surge la complejidad y cómo se puede controlar. Gran parte de la comprensión de los científicos sobre este tema proviene de sistemas modelo como los autómatas celulares, que son tan artificiales que tienen poca relevancia para los sistemas físicos reales. A diferencia de, Los sistemas de la vida real son tan complicados que es difícil precisar los factores esenciales para el surgimiento de dinámicas complejas.
El trabajo de los investigadores de Bilkent ha revelado que simplemente enfocar un láser en una solución coloidal es suficiente para observar un conjunto muy rico de comportamientos complejos. mostrando que las partículas pueden formar agregados autocatalíticos que pueden autorregularse, auto curación, autorreplicarse y migrar. Muy similar a los organismos vivos, Estos agregados también pueden adoptar muchos patrones diferentes que compiten por recursos limitados, que a menudo termina con la supervivencia del más apto y la "muerte" de los competidores menos exitosos.
Dr. Serim Ilday del Departamento de Física, quién es el autor principal del artículo, explicó los antecedentes del estudio de esta manera:"La naturaleza es la fuente última de complejidad, y sabemos que la naturaleza no microgestiona la complejidad. La naturaleza establece las reglas y deja que la dinámica del sistema maneje el resto de los detalles. Queríamos adoptar esta perspectiva y establecer dos aspectos generales, reglas simples para que el sistema las obedezca:las fuerzas convectivas creadas por el láser promoverán la formación y el crecimiento de los agregados, y el fuerte movimiento browniano inherente [movimiento aleatorio de partículas en un fluido] de las partículas actuará en su contra. El resto se organiza controlando estos mecanismos de retroalimentación positiva y negativa utilizando solo dos parámetros:la potencia del láser y la posición del rayo ".
Los intentos anteriores de identificar los mecanismos fundamentales del surgimiento de la complejidad no han tenido un éxito total, ya que dependían en gran medida de mecanismos complicados que requerían un control casi absoluto sobre un sistema complejo. "Esa es precisamente la razón por la que evitamos el uso de partículas funcionalizadas o sustancias químicas específicas, magnético, interacciones ópticas o eléctricas, "dijo el Prof. F. Ömer Ilday, coautor del artículo y miembro de los departamentos de Física e Ingeniería Eléctrica y Electrónica.
El sistema funciona de una manera más o menos similar a una máquina de vapor. El láser crea un punto caliente, mientras que el resto del sistema está frío. Una convección de formas calientes a frías, que transporta las partículas. Cuando el láser está apagado, la convección se detiene y las partículas se dispersan debido al ruido térmico o al movimiento browniano. "Usar el ruido como herramienta para controlar comportamientos complejos fue un enfoque poco convencional, ", dijo el profesor Ilday." La aleatoriedad es la antítesis del control de los sistemas artificiales; los ingenieros trabajan duro para suprimirlo. Es lo contrario para los sistemas biológicos; la vida prospera con y dentro de las fluctuaciones. De todos modos, evitar las fluctuaciones simplemente no es factible a escalas muy pequeñas ".
Otro coautor, el jefe del departamento de física, el profesor Oguz Gulseren, adicional, "Debido a las fuertes fluctuaciones, tenemos una cinética récord; todo sucede en segundos. Esto nos permite explorar una porción de órdenes de magnitud mayor del espacio de fase, que es crucial para demostrar una dinámica más rica ".
En que es simple y en gran medida independiente del tipo, forma o tamaño del material utilizado, el trabajo tiene un gran potencial para impactar una gran variedad de campos de investigación, que van desde la materia activa hasta la física estadística de no equilibrio, y más allá de la química supramolecular o de sistemas.
Como observó el profesor Ilday, "Dado que al agua no le importa lo que lleva, la metodología se puede aplicar en principio a muchos tipos diferentes de materiales, vivir y no vivir por igual. Como una cuestión de hecho, " él continuó, refiriéndose a un estudio de seguimiento en el que está trabajando el equipo, "ya hemos empezado a mostrar evolución".
