Los embriones de estrellas de mar crecen en una formación que parece un cristal vivo
Diminutas gotas gelatinosas hacen piruetas perfectas en el agua: su movimiento despierta una fuerza que atrae a sus vecinos. A medida que se juntan suficientes de ellos, esta danza sincronizada los alinea en patrones precisos, ordenados y repetitivos de seis lados, al igual que los átomos de carbono en un grafeno estructura cristalina.
Pero estos no son átomos ni ningún tipo de materia inanimada gobernada simplemente por las fuerzas de la física: son estrellas de mar vivas, que se mueven solas y embrionarias (patria miniata).
Embriones de estrellas de mar girando uniéndose en un cristal viviente. (Tan et al., La naturaleza2022)
«Sabemos que tenemos cristales de muchos materiales, pero nunca hemos relacionado realmente la formación de un cristal con los componentes vivos», dijo el físico del MIT Nikta Fakhri. Relata La naturaleza.
«Fue un fenómeno absolutamente notable que nunca antes se había informado».
Fakhri, el físico del MIT Tzer Han Tan y sus colegas estudian ingrediente activo – sistemas donde cada componente individual (como un pájaro en una bandada o una célula en una gota de agua) utiliza energía para moverse, desequilibrando todo el grupo con su entorno.
Como la materia ordinaria, estos sistemas también pueden tener propiedades sorprendentes, propiedades emergentes. Los «cristales» de estrellas de mar no son una excepción.
Cada embrión gira en sentido contrario a las agujas del reloj con la ayuda de sus cilios similares a pelos. Cuando suficientes individuos se reúnen en la superficie del agua, las ondas espontáneas comienzan a fluir a través de la estructura que han formado.
Estas son ondas de muy gran escala, tan grandes como el cristal mismo, Explique Fakhri.
Patrón de las ondas con flechas y código de color para indicar la dirección de cada embrión. (Tan et al., La naturaleza2022)
«Pudimos ver este cristal girando y moviéndose durante mucho tiempo, lo cual fue absolutamente inesperado». dijo Alexander Mietke, biofísico teórico del MIT y autor del estudio.
«Uno esperaría que estas ondas desaparecieran rápidamente, porque el agua es viscosa y amortiguaría estas oscilaciones. Esto nos dijo que el sistema tiene algún tipo de comportamiento elástico extraño».
Los investigadores modelaron los movimientos de los embriones para ver cómo su rotación atrae agua hacia ellos. Esto a su vez atrae a sus vecinos giratorios hacia ellos también, en una fuerza de atracción recíproca.
Pero esta agua, que eventualmente fluye, también crea otra fuerza horizontal que no es recíproca en el sistema. Esto también hace que toda la estructura cristalina gire.
El giro global y las ondas demuestran las características físicas de extraña elasticidad. Esto es extraño porque según las leyes clásicas de la física, simplemente deformar un objeto sólido aislado, como un cristal que flota en el agua, bajo un conjunto específico de circunstancias, no debería impulsarlo a través del medio ambiente. .
Sin embargo, si un objeto consta de componentes activos, esta forma global podría tener propiedades mecánicas interesantes.
Al menos, esa es la teoría. En realidad, esta es todavía un área de la física que se está explorando.
Hay posibilidades intrigantes que surgen en la naturaleza. Un fenómeno similar también ha sido previamente observado en algas.
La estructura cristalina giratoria se disipa después de unas 30 horas. (Tan et al., La naturaleza2022)
Una vez que las estrellas de mar bebés forman la estructura cristalina viva y flotante, persiste durante días antes de que los embriones en desarrollo las alteren lo suficiente como para romper el patrón.
Una mejor comprensión de estas propiedades físicas animadas podría ayudarnos a desarrollar nuevas tecnologías.
“Imagínese construir un enjambre de robots suaves y giratorios que puedan interactuar entre sí como estos embriones”. dijo Fakhri.
«Podrían diseñarse para autoorganizarse para ondular y arrastrarse por el mar para realizar un trabajo útil. Estas interacciones abren una nueva e interesante gama de física para explorar».
En cuanto a por qué las galaxias de estrellas de mar bebés, sí, ¡las estrellas de mar tienen el nombre colectivo más perfecto! – formar estructuras cristalinas cuando se unen, actualmente es un misterio.
Sin embargo, este fenómeno de cristal vivo es poco probable que ocurra naturalmente en la naturaleza porque los embriones de estrellas de mar no suelen quedarse en la superficie del agua.
Esta investigación fue publicada en La naturaleza.
