Živá hmota porušuje běžné modely pohybu a symetrie

Když se kolektivní pohyb rozhodne improvizovat

Studie sledovala dva biologické systémy: rojící se bakterie Bacillus subtilis a lidské bronchiální epiteliální buňky. V obou případech se zaměřila na vznik a zánik dvojic topologických defektů — struktur, které popisují uspořádání aktivní živé hmoty.

Výsledek zpochybňuje očekávání běžných modelů aktivních nematik. Vznik a zánik dvojic defektů spontánně porušují zrcadlovou symetrii. Jinými slovy, systém nerozděluje všechny prostorové varianty tak úhledně, jak by jednoduchý model předpokládal.

Defekty nechodí rovně

Dvojice defektů se podle zjištění nepohybují po přímkách. Při svém vzniku a zániku vykazují společnou rotaci a opisují spirálovité trajektorie. Směr rotace přitom může být po směru i proti směru hodinových ručiček.

Nejde však o tvrzení, že každá jednotlivá bakterie nebo každá jednotlivá respirační buňka vždy sleduje spirálovou dráhu. Těžištěm zjištění jsou kolektivní topologické defekty a jejich trajektorie.

Čas nejde jednoduše přetočit

Analýza produkce entropie ukázala, že procesy vzniku a zániku defektů nejsou časově reverzní. Zánik tedy není jednoduše vznikem přehrávaným pozpátku.

Živá hmota tak v popsaných systémech kombinuje několik vlastností, které běžné modely nezachycují beze zbytku: spontánní porušení zrcadlové symetrie, zakřivený pohyb dvojic defektů a rozdíl mezi dějem vpřed a jeho časově obrácenou verzí. Příroda zkrátka opět předvedla, že „stačí to otočit“ není univerzální vědecká metoda.