Uma descoberta inesperada no campo da física dos sistemas vivos está reescrevendo o que se sabia sobre como partículas se organizam em ambientes biológicos.
Pesquisadores do Instituto Max Planck de Dinâmica e Auto-Organização (MPI-DS), em Göttingen, na Alemanha, demonstraram que colônias de células em divisão são capazes de induzir a separação de fases em partículas que se movem ao redor delas — sem que haja qualquer força atrativa direta entre essas partículas.
O estudo foi publicado na revista Physical Review Research e conduzido em colaboração com a Universidade de Edimburgo e o Instituto de Físico-Química de Varsóvia. A pesquisa, cujos detalhes foram divulgados pelo portal Phys.org, utilizou simulações computacionais para investigar o comportamento de dois tipos de partículas em coexistência.
Um tipo cresce, se divide e morre — como células de um tecido vivo. O outro é autopropulsado e móvel, como bactérias nadadoras ou agentes artificiais em miniatura.
O resultado foi surpreendente: dependendo da intensidade com que as partículas móveis se propulsionavam, elas ou se dispersavam uniformemente ou colapsavam em aglomerados densos e cristalinos. A fronteira entre esses dois comportamentos é nítida — uma transição de fase clássica, mas gerada por um mecanismo completamente novo.
Philip Bittihn, líder de grupo no MPI-DS, resumiu o espanto da equipe: “Estávamos analisando um sistema denso onde toda interação é repulsiva e, ainda assim, as partículas móveis formaram espontaneamente aglomerados. Isso foi genuinamente surpreendente.”
Para entender a origem desse agrupamento, os pesquisadores estudaram primeiro como o meio em crescimento afeta uma única partícula móvel. Sozinha, essa partícula viajaria em linha reta a velocidade constante indefinidamente. Mas ao ser cercada por células que se dividem, morrem e se reorganizam continuamente, ela passa a ser empurrada de forma aleatória em todas as direções, transformando seu trajeto em algo errático e difusivo.
Em outras palavras, o ambiente vivo converte uma partícula balística simples em algo que se comporta como uma “partícula browniana ativa” — o modelo padrão dos físicos para agentes autopropulsados com ruído, fricção e persistência finita — sem que a partícula em si tenha nenhuma dessas propriedades intrínsecas. Lukas Hupe, primeiro autor do estudo, destacou: “O meio em proliferação faz todo o trabalho. É notável que um ambiente vivo possa reescrever tão completamente a física dos objetos que se movem por ele.”
Mas ruído e fricção sozinhos não bastam para causar condensação. O meio em divisão desempenha ainda um segundo papel: quando duas partículas não-crescentes estão próximas, sua presença combinada perturba de forma coordenada o fluxo local de células ao redor delas, criando um viés estatístico que as empurra uma em direção à outra — uma atração efetiva que emerge espontaneamente da dinâmica coletiva do meio vivo, sem ter sido introduzida nas simulações.
Ramin Golestanian, diretor do MPI-DS, traçou uma analogia com a física quântica: “O que observamos lembra o efeito Casimir — onde flutuações quânticas alteradas entre duas placas geram atração sem interação direta. Assim como em nosso sistema, onde a presença de partículas autopropulsadas altera o meio flutuante em crescimento. Por ora, essa analogia é especulativa, mas é tentadora.” A equipe demonstrou ainda, em um modelo simplificado, que essas duas propriedades emergentes — comportamento browniano ativo e atração efetiva — são suficientes para explicar a transição de fase observada.
O fenômeno também inverte uma lógica conhecida na física de sistemas ativos. Na forma mais estudada de separação de fases induzida por motilidade, são as partículas mais rápidas que se agrupam, pois desaceleram ao colidir e criam engarrafamentos autorreforçantes. Aqui ocorre o oposto: são as partículas mais lentas que condensam.
Bartlomiej Waclaw, da Universidade de Edimburgo, explicou a lógica por trás do fenômeno: “Quanto mais forte é a autopropulsão, mais facilmente a partícula escapa da atração gerada pelo meio em crescimento, e menos provável é que ela se junte a um aglomerado.” Quando a propulsão é suficientemente intensa, os aglomerados se dissolvem; quando reduzida, eles se reformam.
As implicações práticas do estudo vão muito além da física teórica. Em biofilmes bacterianos, uma maioria estacionária de células em crescimento coexiste com uma subpopulação de bactérias móveis que nada continuamente pelo meio. Em tumores, células cancerosas em rápida proliferação convivem com células que sofreram transformações que as tornam invasivas e móveis.
Até micro-nadadores sintéticos ou partículas de entrega de fármacos que navegam por tecidos podem se ver movendo em ambientes dominados por células em crescimento — e seu comportamento pode ser fundamentalmente alterado por esse contexto. O estudo abre uma nova rota para a compreensão da separação de fases em sistemas vivos e sugere que o ambiente biológico em si é um agente físico ativo, capaz de reorganizar profundamente a matéria que o atravessa.
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