Las amebas son criaturas inusuales que se forman cuando una población dispersa de células se une espontáneamente y se reorganiza en un organismo macroscópico multicelular. Para hacer esto, unas pocas células líderes emiten pulsos químicos que hacen que las otras células individuales se muevan en la dirección opuesta a la de los pulsos que viajan, conduciendo a la formación de grupos densos.

La observación de que las células de las amebas se mueven en contra de la onda viajera, que se llama la "paradoja de la onda difusa, "ha desconcertado a los investigadores durante mucho tiempo. Esto se debe a que este movimiento difiere del comportamiento habitual de la ameba cuando busca comida en un entorno similar a un laberinto. En estos escenarios, las señales químicas son estáticas en lugar de pulsadas, y las células de ameba se mueven hacia las concentraciones químicas más altas.

La capacidad de las células de las amebas para a veces moverse en contra de una onda química viajera sugiere que las células poseen algún tipo de memoria. Sin embargo, en un nuevo estudio, Celia Lozano y Clemens Bechinger en la Universidad de Konstanz, Alemania, han demostrado el mismo comportamiento en micropartículas cuando son iluminadas por pulsos de luz de diferentes velocidades. Como las micropartículas no tienen memoria, el comportamiento en este caso debe ser explicado por un mecanismo que no depende de la memoria.

"A pesar de no tener cerebro, Los micro nadadores sintéticos pueden imitar algunos comportamientos sofisticados de los organismos vivos, en particular, su respuesta a los pulsos en funcionamiento es similar (aunque de origen muy diferente), "Bechinger dijo Phys.org . "En vista de las futuras aplicaciones de los micro nadadores como micro robots autónomos, será importante coordinar y sincronizar su comportamiento. La paradoja de la onda difusa puede jugar un papel importante en este contexto ".

Aunque las simulaciones numéricas han predicho que las micropartículas autopropulsadas llamadas partículas activas son capaces de moverse tanto a lo largo como en contra de un pulso que viaja, el nuevo estudio marca la primera vez que este comportamiento se ha demostrado experimentalmente.

En experimentos, los investigadores utilizaron partículas esféricas que están medio recubiertas por una capa de carbono y se colocan en un líquido viscoso. Cuando está iluminado por la luz, las partículas se impulsan hacia adelante con la tapa al frente. Los investigadores demostraron que el movimiento de las partículas activas en relación con un pulso depende de la velocidad del pulso. A bajas velocidades de pulso, las partículas tienen tiempo suficiente para reorientarse, si es necesario, de modo que sus tapas estén orientadas en la misma dirección que la de los pulsos que viajan. Esta orientación asegura que las partículas viajen en la misma dirección que los pulsos.

A altas velocidades de pulso, por otra parte, los pulsos llegan demasiado rápido para que las partículas se reorienten antes de que llegue el siguiente. Esto se debe a que la velocidad de rotación de las partículas está limitada por la fricción del líquido viscoso. Entonces, si las tapas de las partículas se enfrentan inicialmente a los pulsos que se aproximan, las partículas se moverán en sentido contrario a la dirección de los pulsos que viajan, parecido al comportamiento de la ameba en la paradoja de la onda difusa.

Este método abre las puertas a un nuevo tipo de estrategia de dirección para guiar las partículas activas en dos direcciones posibles. En la actualidad, la mayoría de las estrategias de dirección dependen de estructuras ópticas topográficas o estáticas, que permiten solo controlar el movimiento de partículas en una sola dirección.

Además de la dirección, los investigadores también demostraron que el nuevo enfoque podría usarse para clasificar partículas activas. Como ejemplo, demostraron que, Dado que las partículas grandes pueden orientarse más rápido que las más pequeñas, el uso de velocidades de pulso intermedias permite dirigir partículas grandes en la dirección de la onda y partículas más pequeñas en la dirección opuesta, de media.

Aunque los mecanismos son diferentes para las partículas activas y las amebas, ambos sistemas exhiben el comportamiento de la paradoja de la onda difusa. En el caso de las partículas sintéticas, el comportamiento puede conducir algún día al diseño de sistemas micro-robóticos que puedan lograr movimientos controlados complejos, a pesar de tener capacidades limitadas de procesamiento de señales.

"Las posibles aplicaciones de los micro nadadores es cargarlos de drogas, que luego se entregan a lugares específicos, ", Dijo Bechinger." Debido a su movimiento activo dirigido, tal administración de fármaco dirigida se puede lograr de manera mucho más eficiente en comparación con el movimiento puramente difusivo. En una forma similar, Los nadadores sintéticos también pueden estar equipados con mecanismos de detección, para explorar ambientes líquidos. Finalmente, hay trabajo en curso para ensamblar micro nadadores, como engranajes o motores pequeños, que pueden realizar trabajos mecánicos a escalas de pequeña longitud ".

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