Une équipe de scientifiques de Bilkent a conçu le système expérimental le plus simple à ce jour pour identifier les exigences minimales pour l'émergence de la complexité. Leur travail est rapporté dans le numéro actuel de Communication Nature .
S'il est universellement reconnu que les êtres humains sont des systèmes complexes vivant une vie complexe dans un environnement complexe, on sait très peu de choses sur la façon dont la complexité émerge et comment elle peut être contrôlée. Une grande partie de la compréhension des scientifiques à ce sujet provient de systèmes modèles tels que les automates cellulaires, qui sont si artificiels qu'ils ont peu de pertinence pour les systèmes physiques réels. En revanche, les systèmes réels sont si compliqués qu'il est difficile d'identifier les facteurs essentiels à l'émergence de dynamiques complexes.
Les travaux des chercheurs de Bilkent ont révélé qu'il suffit d'éclairer un laser sur une solution colloïdale pour observer un ensemble très riche de comportements complexes, montrant que les particules peuvent former des agrégats autocatalytiques qui peuvent s'autoréguler, auto-guérison, auto-répliquer et migrer. Assez semblable aux organismes vivants, ces agrégats peuvent également prendre de très nombreux modèles différents qui se disputent des ressources limitées, qui se termine souvent par la survie du plus fort et la "mort" des concurrents moins performants.
Dr Serim Ilday du Département de physique, qui est l'auteur principal de l'article, explique ainsi le contexte de l'étude :« La nature est la source ultime de la complexité, et nous savons que la nature ne microgère pas la complexité. La nature fixe les règles et laisse la dynamique du système gérer le reste des détails. Nous avons voulu adopter cette perspective et définir deux principes généraux, règles simples auxquelles le système doit obéir :Les forces convectives créées par le laser favoriseront la formation et la croissance des agrégats, et le fort mouvement brownien inhérent [mouvement aléatoire des particules dans un fluide] des particules agira contre lui. Le reste est orchestré en contrôlant ces mécanismes de rétroaction positive et négative en utilisant seulement deux paramètres :la puissance laser et la position du faisceau. »
Les tentatives antérieures pour identifier les mécanismes fondamentaux de l'émergence de la complexité n'ont pas été pleinement couronnées de succès car elles dépendaient fortement de mécanismes compliqués qui nécessitaient un contrôle quasi absolu sur un système complexe. "C'est précisément pourquoi nous avons évité d'utiliser des particules fonctionnalisées ou un produit chimique spécifique, magnétique, interactions optiques ou électriques, " a déclaré le professeur F. Ömer Ilday, co-auteur de l'article et membre des départements de génie électrique et électronique et de physique.
Le système fonctionne à peu près de la même manière qu'une machine à vapeur. Le laser crée un point chaud, tandis que le reste du système est froid. Une convection des formes chaudes aux formes froides, qui transporte les particules. Lorsque le laser est éteint, la convection s'arrête et les particules se dispersent à cause du bruit thermique ou du mouvement brownien. « Utiliser le bruit comme outil pour contrôler des comportements complexes était une approche non conventionnelle, " a déclaré le professeur Ilday. " Le caractère aléatoire est l'antithèse du contrôle pour les systèmes créés par l'homme; les ingénieurs travaillent dur pour le supprimer. C'est le contraire pour les systèmes biologiques; la vie prospère avec et dans les fluctuations. À tout prix, éviter les fluctuations n'est tout simplement pas faisable à très petite échelle."
Un autre co-auteur, le chef du département de physique, le professeur Oguz Gulseren, ajoutée, « En raison de fortes fluctuations, nous avons une cinétique record ; tout se passe en quelques secondes. Cela nous permet d'explorer une plus grande partie des ordres de grandeur de l'espace des phases, ce qui est crucial pour démontrer une dynamique plus riche."
En ce qu'il est simple et largement indépendant du type, la forme ou la taille du matériau utilisé, le travail a un grand potentiel d'impact sur une grande variété de domaines de recherche, allant de la matière active à la physique statistique hors équilibre, et au-delà à la chimie supramoléculaire ou systémique.
Comme l'a observé le professeur Ilday, "Comme l'eau ne se soucie pas de ce qu'elle transporte, la méthodologie peut être appliquée en principe à de nombreux types de matériaux différents, non vivant et vivant. En réalité, " il a continué, se référant à une étude de suivi sur laquelle travaille l'équipe, "nous avons déjà commencé à montrer l'évolution."
