Embriões de estrelas do mar giram em uma formação semelhante a um cristal vivo: WebCuriosos

Pequenas bolhas gelatinosas giram piruetas perfeitas na água – seu movimento estimula uma força que atrai seus vizinhos. À medida que um número suficiente deles se reúne, essa dança sincronizada os alinha em padrões precisos, ordenados e repetidos de seis lados, assim como os átomos de carbono em uma estrutura cristalina de grafeno.

Mas estes não são átomos ou qualquer tipo de matéria inanimada governada apenas por forças da física – são estrelas do mar embrionárias, vivas e automoventes (Carne picada).

Embriões giratórios de estrelas do mar reunindo-se em um cristal vivo. (Tan et al., Natureza2022)

“Sabemos que temos cristais de muitos materiais, mas nunca relacionamos realmente a formação de um cristal com componentes que sejam realmente vivos”, disse Nikta Fakhri, física do MIT. contado Natureza.

“Este foi um fenômeno absolutamente notável que nunca havia sido relatado antes.”

Fakhri, o físico do MIT Tzer Han Tan e colegas estudam matéria ativa – sistemas em que cada componente individual (como um pássaro num bando ou uma célula numa gota de água) utiliza energia para se movimentar, desequilibrando todo o grupo em relação ao ambiente.

Tal como a matéria comum, estes sistemas também podem ter características surpreendentes, propriedades emergentes. Os 'cristais' de estrelas do mar não são exceção.

Cada embrião gira na direção canhota usando seus cílios semelhantes a cabelos. Quando um número suficiente de indivíduos se reúne na superfície da água, ondulações espontâneas começam a fluir através da estrutura que formaram.

São ondas de grande escala, tão grandes quanto o próprio cristal, explica Fakhri.

Modelo das ondulações com setas e código de cores para indicar a direção de cada embrião. (Tan et al., Natureza2022)

“Pudemos ver este cristal girando e balançando durante muito tempo, o que foi absolutamente inesperado”, disse ele. diz Alexander Mietke, biofísico teórico do MIT e autor do estudo.

“Seria de esperar que estas ondulações desaparecessem rapidamente, porque a água é viscosa e amorteceria estas oscilações. Isto disse-nos que o sistema tem algum tipo de comportamento elástico estranho.”

Os investigadores modelaram os movimentos dos embriões para ver como a sua rotação puxa a água para si. Isto, por sua vez, atrai também os seus vizinhos giratórios para eles, numa força de atracção recíproca.

Mas essa água, que acaba fluindo para baixo, também cria outra força horizontal que não é correspondida dentro do sistema. Isso faz com que toda a estrutura cristalina também gire.

Tanto a rotação geral quanto as ondas demonstram as características físicas de elasticidade estranha. É estranho porque, de acordo com as leis clássicas da física, simplesmente deformar um objeto sólido isolado, como um cristal flutuando na água, sob um conjunto específico de circunstâncias, não deveria alimentá-lo através do ambiente.

No entanto, se um objeto consistir em componentes ativos, essa transformação geral na forma poderá ter algumas propriedades mecânicas interessantes.

Pelo menos, essa é a teoria. Na realidade, ainda é uma área da física que está sendo explorada.

Existem algumas possibilidades intrigantes que surgem na natureza. Um fenômeno semelhante também foi observado antes em algas.

A estrutura giratória semelhante a um cristal se dissipa após cerca de 30 horas. (Tan et al., Natureza2022)

Depois que as estrelas do mar bebês formam a estrutura cristalina viva e flutuante, elas se mantêm unidas por dias antes que o desenvolvimento dos embriões os altere o suficiente para quebrar o padrão.

Compreender melhor essas propriedades físicas animadas poderia nos ajudar a desenvolver novas tecnologias.

“Imagine construir um enxame de robôs macios e giratórios que possam interagir uns com os outros como esses embriões”, diz Fakhri.

“Eles poderiam ser projetados para se auto-organizar para ondular e rastejar pelo mar para fazer um trabalho útil. Essas interações abrem uma nova gama de física interessante para explorar.”

Quanto ao motivo das galáxias estrelas do mar bebês – sim, as estrelas do mar têm o substantivo coletivo mais perfeito! – formam estruturas cristalinas quando se reúnem, atualmente é um mistério.

No entanto, este fenômeno de cristal vivo é improvável que ocorra naturalmente na natureza já que os embriões de estrelas do mar geralmente não ficam na superfície da água.

Esta pesquisa foi publicada em Natureza.