地球上最早的生命被认为源于“原始细胞”，即多种不同类型分子的液体混合物。Göttingen大学的研究人员现已证明，在这种混合物中，不同类型分子数量的微小不平衡会产生意想不到的效果。
复杂的相互作用模式中，令人惊讶的相互作用强烈放大了这种不平衡——这意味着一种占多数的分子几乎可以完全与其他分子分离。这些基本发现揭示了一种新的机制，适用于许多复杂的混合物。例如，这将是细胞通过微调不同分子的浓度来控制结构形成的一种方式。这项研究已发表在《物理评论快报》上。
当活细胞最初出现时，结构是通过液体分离成不同区域形成的，这一过程称为“相分离”。就像醋和油的混合物在搅拌后分离成液滴一样，相分离在细胞中创造了结构，进化成今天活着的细胞中所知的“无膜细胞器”。
研究人员使用数学模型描述混合物中多种不同类型分子之间复杂的相互作用。他们的模型包含成分信息，即混合物中每种成分的含量。他们运用热力学定律来确定液体混合物是否会发生相分离，以及会形成什么样的结构。
过去，由于问题的复杂性，只能研究均匀的组成，假设每种类型的分子数量相等。Göttingen大学的研究人员开发了一种更复杂的方法来考虑这一点，并发现成分中的微小不平衡——即与均匀成分的微小偏差——可以通过热力学不稳定性产生显著差异。这可能导致少量混合成分驱动新相的形成。
“令人惊讶的是，即使是非常小的成分失衡也会被强烈放大。对于简单的相互作用，熵可以通过创造相似组成的新阶段来最大化。但在这里，即使在100种不同分子的混合物中，只有2%的一种成分，这种成分也可以在开始分离的液滴中以70%的浓度存在，”Göttingen大学理论物理研究所的首席作者菲利普·休斯博士评论道。
这种扩增为细胞提供了一种调节相分离和结构形成的机制，只需对其组成进行微小的改变。
同样来自Göttingen大学理论物理研究所的资深作者Peter Sollich教授补充说：“因为我们的数学方法可以普遍应用于许多不同的情况，这些结果为相关模型的应用提供了令人兴奋的潜力。例如，这种机制可以在一系列不同的领域发挥作用——从活细胞到市场经济，或者是有许多物种的生态网络。”
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我是谷锐号的签约作者“香巧”！
希望本篇文章《复杂混合物中的主导规律：新机制揭示相分离的控制因素》能对你有所帮助！
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