Oliedråber rovdyr jagter oliedråber bytte

Oliedråber kan fås til at virke som rovdyr, jagter andre dråber, der flygter som bytte. Adfærden, som kontrolleres ved kemisk signalering produceret af dråberne, efterligner adfærd set blandt levende organismer, men indtil nu, ikke var blevet genskabt i syntetiske systemer. Dette afstembare kemiske system kan potentielt tjene en model til at hjælpe med at forstå interaktioner i mange kropssystemer såsom fiskeskoler, bakteriekolonier, eller sværme af insekter.

Et internationalt forskerteam ledet af forskere fra Penn State beskriver systemet i et papir, der blev offentliggjort 16. november, 2020 i journalen Naturkemi.

"Ved at kontrollere oliedråbernes kemi, vi kan skabe et system, hvor dråberne opfører sig aktivt og kommunikerer med hinanden gennem kemiske gradienter, sagde Lauren Zarzar, adjunkt i kemi ved Penn State og leder af forskerteamet. "Det spændende, vi fandt, er, at du kan designe et system af dråber, der udviser 'ikke-gensidige' interaktioner. Den ene dråbe tiltrækkes af den anden, mens den anden frastødes, ligner rovdyrs og byttes adfærd. "

Forskerne placerer mikroskaldråber af de to forskellige olier i en opløsning af vand og et overfladeaktivt middel - en forbindelse, der sædvanligvis findes i sæber, der sænker overfladespændingen af ​​væsker. En af olierne opløses lettere i den overfladeaktive opløsning, hvilket får disse dråber til at udsende en kemisk gradient af oliemolekyler til sine omgivelser. Dråber frastødes af den opløste olie.

"I første omgang er denne sky af olie omkring dråberne dybest set symmetrisk, og dråberne bevæger sig ikke, "sagde Caleb Meredith, en kandidatstuderende i Penn State og medforfatter af papiret. "Men hvad vi opdagede er, at byttedråberne faktisk kan optage noget af den olie, der frigives af rovdyrdråberne, oprettelse af en kildevaskeudveksling af olie mellem dråberne. Når dråberne kommer tæt nok på, det skaber en asymmetri i den kemiske gradient mellem de to dråber og får rovdyrsdråben til at bevæge sig mod byttet, oprette en jagt. "

Asymmetrien af ​​den oliekemiske gradient, der genereres af kilden og vasken, forårsager en forskel i overfladespændingen over overfladen af ​​både rovdyr og byttedråber. Gradienten får rovdyrdråben (kilde) til at bevæge sig mod byttedråben (synke). Tilsvarende på grund af virkningen af ​​rovdyrets udsendte kemiske gradient, byttet bliver frastødt af det nærværende rovdyr.

"Et af de overraskende resultater er, at de to oliedråber ikke behøver at være meget forskellige kemisk fra hinanden for at fremkalde denne adfærd, "sagde Zarzar." Vi kiggede på en lang række kemiske sammensætninger til olier og overfladeaktivt stof, som tillod os at etablere et sæt regler, der styrer disse interaktioner. Vi kan bruge disse regler til at indstille styrken af ​​interaktionerne ved at kontrollere sammensætningen af ​​dråbeolierne eller overfladeaktivt stof. "

Forskergruppen udviklede også en model, som er baseret på målinger af jagthastighederne mellem individuelle par dråber, var i stand til nøjagtigt at simulere bevægelsen af ​​mange dråber og vise, hvordan de organiserer sig i større klynger, der bevæger sig i forskellige former.

"De ser virkelig ud til mig, som om de lever nogle gange, "sagde Meredith." Når flere dråber samles til klynger, kan de begynde at rotere, stop-and-go, bevæge sig i spiraler, og endda opdelt i mindre klynger. "

Forskerne siger, at ved at forstå de typer regler, der styrer disse interaktioner, deres system kunne i sidste ende bruges til eksperimentelt at modellere mangekropssystemer lige fra adfærd fra et stort antal dyr til de interaktioner, der kunne have spillet en rolle i udviklingen af ​​det tidlige liv.

”Det, vi laver, er virkelig grundlæggende, grundforskning, hvor motivationen er at forstå de processer på arbejdet, der kan kontrollere aktiviteten af ​​livløse ting som oliedråberne, "sagde Zarzar." Men, disse ideer kunne finde anvendelse på andre områder, som selvsamling, gruppeadfærd, og selv i at tænke på livets oprindelse på jorden, hvor blandinger af simple kemiske komponenter på en eller anden måde skulle organisere sig i ikke-ligevægtsstrukturer. Klart, vi ser ikke på de samme kemikalier, men vi kan muligvis etablere parametre eller betingelser, der, for eksempel, give anledning til lignende former for interaktioner, der opstod. "