Asymmetrische Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Molekülen können zu komplexen, selbstorganisierten Mustern führen. Ein Beispiel ist die Verfolgungsdynamik, die entsteht, wenn sich Moleküle der Spezies A von B angezogen fühlen, B aber gleichzeitig von A abgestoßen wird. Dieses Phänomen findet sich häufig in Modellen lebender Materie. Im Gegensatz dazu führt eine symmetrische Wechselwirkung, bei der sich beide Arten anziehen oder abstoßen, typischerweise zu einem statischen Zustand mit getrennten Phasen, ähnlich wie Öl in Wasser.
Suropriya Saha und Ramin Golestanian vom MPI-DS haben nun dieses Modell erweitert, um die Auswirkungen von nicht-linearen, nicht-reziproken Wechselwirkungen zu untersuchen. „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
Wenn nichtlineare, nicht-reziproke Wechselwirkungen ins Spiel kommen, können Verfolgungsdynamik und Phasentrennung gleichzeitig bestehen. Dies führt zu einem chaotischen System, da sich die Rollen der beiden Molekülarten ständig und dynamisch umkehren. „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.
Quelle
Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation (08/2025)
Publikation
Suropriya Saha and Ramin Golestanian
Effervescence in a binary mixture with nonlinear non-reciprocal interactions.
Nat Commun 16, 7310 (2025)
https://www.nature.com/articles/s41467-025-61728-8