ملخصات الأبحاث

عمليات توزيع ليفي تعزز انتشار الكاشفات في العوالق النشطة

K. Kanazawa et al

  • Published online:

تُستخدَم الحركة البراونية كنموذج انتشارٍ داخل الوسط المتزن على نطاق واسع في مختلف مجالات العلوم الفيزيائية، والكيميائية، والبيولوجية. ومع ذلك.. يتصف العديد من نُظم العالم الحقيقي في جوهره بانعدام التوازن، نتيجةً للعمليات النشطة المبدِّدة للطاقة، التي ترتكز عليها السمات الديناميكية والميكانيكية لهذه النظم.

 إن عملية الانتشار التي يتتبعها كاشف سلبي في وسط نموذجي مبدئي نشط، مثل العوالق المكوّنة من المواد الغروية النشطة، أو الكائنات الدقيقة السابحة، تختلف اختلافًا كبيرًا عن الحركة البراونية، كما يتبين من معامل انتشار مُعزز بدرجة كبيرة، ومن الإحصاءات غير الجاوسية لإزاحات الكواشف. وعلى الرغم من أن هذه السمات المميِّزة قد رُصدَت باستفاضة من الناحية التجريبية، لا توجد حتى الآن نظرية شاملة تفسر كيفية ظهورها من الديناميكيات المجهرية داخل النظام.

وفي البحث المنشور، ابتكر الباحثون إطار عمل نظريًّا لنمذجة تفاعلات ديناميكا الموائع بين الكواشف والكائنات الدقيقة السابحة النشطة. ويبين هذا الإطار النظري أن الكواشف تتبع عملية توزيع «بواسون» الملونة، التي لا تخضع لسلسة ماركوف، التي تعلل كل المشاهدات التجريبية. وتتنبأ النظرية التي وضعها الباحثون بأن حركة الكواشف تتبع نظام «توزيع ليفي»، الذي يدوم لفترة طويلة، مع وجود تداخل متغير بين أُسَّين ذوَي قانونَي رفع مختلفين. ويمكن ضبط مدة هذا النظام من خلال ضبط كثافة المواد الدقيقة السابحة، مما يشير إلى أن الاستراتيجية المُثلى للبحث عن المغذيات التي تعتمدها الكائنات الدقيقة السابحة ربما تعتمد -في الأساس- على كثافة هذه الكائنات، بغية الاستفادة من نظام توزيع ليفي الذي تتبعه المغذيات.

بالإمكان كذلك تطبيق إطار العمل الذي وضعه الباحثون لمعالجة مسائل نظرية مهمة، مثل الديناميكا الحرارية للأنظمة النشطة، ومسائل عملية، مثل تفاعل الكائنات الدقيقة السابحة مع المغذيات، وغيرها من الجسيمات الدقيقة (مثل البلاستيك المتحلل)، فضلًا عن تصميم آلات اصطناعية نانوية المقياس.