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Nichtlinearität bei nichtreziproken Interaktionen führt zu einem chaotischen System
• Ein neues Modell beschreibt das Ergebnis nichtreziproker Wechselwirkungen zwischen zwei Molekülarten, wenn diese sich umkehren und somit nicht linear sind
• Diese Nichtlinearität führt zu einem dynamischen und chaotischen System, in dem Verfolgungsdynamik und Phasentrennung gleichzeitig existieren
• Das Modell bildet die Komplexität lebender Materie genauer ab und trägt somit zum Verständnis ihrer Organisation bei
Asymmetrische Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Molekülarten führen zu selbstorganisierten Mustern und Funktionen. Wenn eine Spezies A von B angezogen, diese aber wiederum von A abgestoßen wird, entsteht eine Verfolgungsdynamik. Dieses Phänomen kommt häufig in minimalen Modellen lebender Materie vor. Ziehen sich hingegen beide Moleküle gegenseitig an oder stoßen sich ab, nimmt das System in der Regel einen statischen Zustand mit getrennten Phasen an – wie Öltropfen in Wasser.
Suropriya Saha und Ramin Golestanian aus der Abteilung Physik lebender Materie am MPI-DS haben nun das Modell der nicht-reziproken Wechselwirkungen erweitert. Sie untersuchten die Auswirkungen auf das System, wenn die Rolle der beiden Molekülarten nicht linear ist. „Wenn wir Nichtlinearität in das System einführen, verhält es sich dynamisch und unvorhersehbar“, erklärt Saha, Erstautorin der Studie. „Das bedeutet, dass sich die Rollen von Molekül A und B umkehren können, wodurch sich auch ihre Rollen in der Verfolgungsdynamik spontan ändern – oder auch ein reziprokes Verhalten eintreten kann. Nichtlinearitäten treten häufig in natürlichen Systemen auf und führen zu einem umfassenderen Modell, das lebende Materie beschreibt“, fährt sie fort.
Das Ergebnis solcher nichtlinearen nichtreziproken Wechselwirkungen ist die Koexistenz von Verfolgungsdynamik und Phasentrennung. Da sich die Rolle der beiden Spezies dynamisch umkehren kann, wird das gesamte System chaotisch. „In lebenden Systemen sind solche nicht-reziproken Interaktionen eher die Regel als die Ausnahme“, erläutert Golestanian. „Daher spiegelt dieses Modell die vielseitige Dynamik lebender Systeme wider und hilft so, die Komplexität zu verstehen, mit der Materie sich organisieren und zur Entstehung von Leben beitragen kann“, schließt er.
Ramin Golestanian
https://www.nature.com/articles/s41467-025-61728-8
https://www.ds.mpg.de/4092110/250820_non-linear-non-recip
Durch Hinzufügen von Nichtlinearität zu einem nichtreziproken System können zwei Molekülarten ihre D ...
Copyright: MPI-DS, LMP
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars, Students
Biology, Physics / astronomy
transregional, national
Research results
German
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