I sistemi viventi o biologici non possono essere facilmente compresi usando le leggi standard della fisica, come la termodinamica, come farebbero gli scienziati per i gas, liquidi o solidi. I sistemi viventi sono attivi, dimostrando proprietà affascinanti come adattarsi al loro ambiente o ripararsi. Esplorare le domande poste dai sistemi viventi utilizzando simulazioni al computer, i ricercatori dell'Università di Göttingen hanno scoperto un nuovo tipo di effetto di ordinamento generato e sostenuto da una semplice deformazione meccanica, taglio particolarmente stabile. I risultati sono stati pubblicati in PNAS .

Comprendere i sistemi viventi, come i tessuti formati dalle cellule, rappresenta una sfida significativa a causa delle loro proprietà uniche, come l'adattamento, autoriparazione e autopropulsione. Ciò nonostante, possono essere studiati utilizzando modelli che li trattano come un insolito, forma "attiva" della materia fisica. Questo può rivelare straordinarie proprietà dinamiche o meccaniche. Uno degli enigmi è come si comportano i materiali attivi sotto il taglio (la deformazione prodotta spostando gli strati superiore e inferiore lateralmente in direzioni opposte, come le piastre di copertura dei microscopi scorrevoli l'una contro l'altra). Ricercatori dell'Istituto di Fisica Teorica, L'Università di Göttingen ha esplorato questa domanda e ha scoperto un nuovo tipo di effetto di ordinamento generato e sostenuto da una deformazione di taglio costante. I ricercatori hanno utilizzato un modello al computer di particelle semoventi in cui ogni particella è guidata da una forza di propulsione che cambia direzione lentamente e in modo casuale. Hanno scoperto che mentre il flusso delle particelle sembra simile a quello dei liquidi ordinari, c'è un ordine nascosto rivelato guardando le direzioni della forza:queste tendono a puntare verso la piastra più vicina (superiore o inferiore), mentre le particelle con forze laterali si aggregano al centro del sistema.

"Stavamo esplorando la risposta di un materiale attivo modello sotto guida costante, dove il sistema è racchiuso tra due pareti, uno stazionario e l'altro in movimento per generare una deformazione di taglio. Quello che abbiamo visto è che con una forza motrice sufficientemente forte, emerge un interessante effetto ordinatore, " dice il dottor Rituparno Mandal, Istituto di Fisica Teorica dell'Università di Göttingen. "Ora comprendiamo anche l'effetto di ordinamento utilizzando una semplice teoria analitica e le previsioni di questa teoria corrispondono sorprendentemente bene alla simulazione".

L'autore senior Professor Peter Sollich, anche dall'Istituto di Fisica Teorica, Università di Gottinga, spiega, "Spesso, una forza esterna o forza motrice distrugge l'ordine. Ma qui la guida per flusso di taglio è la chiave per fornire mobilità alle particelle che compongono il materiale attivo, e hanno effettivamente bisogno di questa mobilità per raggiungere l'ordine osservato. I risultati apriranno possibilità entusiasmanti per i ricercatori che studiano le risposte meccaniche della materia vivente".