分子也會玩追逐遊戲？新模型揭曉混沌舞步與分離現象
在我們的想像裡，分子似乎只是冷冰冰的小顆粒，按著化學定律安分地互動。但事實上，它們的行為比我們想像的更熱鬧，甚至能上演「你追我跑」的戲碼。當一種分子 A 喜歡接近分子 B，但 B 卻對 A 退避三舍時，整個系統就會展現出一種自發的「追逐」動態；如果雙方互相吸引或互相排斥，那麼結果通常就是相對靜止的「分家」——形成類似油滴在水中分離的狀態。
這些互動模式，過去被科學家用來理解「生命物質」如何自組織。然而，馬克斯普朗克動態與自組織研究所（MPI-DS）的物理學家蘇若普里亞·薩哈（Suropriya Saha）和戈列斯塔尼安（Ramin Golestanian）提出了全新觀點：如果把「非線性」這個現實中普遍存在的因素加入模型，分子的行為會更複雜、更難以預測。
所謂「非線性」，簡單理解就是關係不再固定比例，而是會隨著環境或條件出現突變。例如，在新模型中，分子 A 原本是追逐者，B 是逃跑者，但系統可能在某個時刻突然翻轉，A 變成被追的一方，而 B 開始主動追逐。這種角色互換讓分子間的關係不再單調，而是隨時可能翻盤。
一邊局部追逐一邊分化 非互惠且非線性
研究結果更令人驚訝：「追逐—逃跑」與「相分離」這兩種狀態不再是二選一，而是能在同一系統中同時存在，甚至互相切換。 這意味著分子集合體可能一邊在局部展開追逐遊戲，一邊又在另一處分化出穩定的分離結構。整體行為看似混亂無章，實際上卻蘊含著複雜的動態規律。
戈列斯塔尼安指出，在真實的生物系統中，這種「非互惠且非線性」的互動其實更像常態，而不是例外。細胞內許多蛋白質的聚合、分散，甚至早期生命的自組織，很可能都依賴這種動態互動。這讓人聯想到生命誕生初期，分子世界或許就是在這樣的混沌遊戲中逐漸形成秩序，進而孕育出更高層次的生命結構。
換句話說，分子的互動並不是單純的「喜歡」或「討厭」，而是一場隨時可能逆轉的「混沌遊戲」。這種模型不僅幫助科學家更好地理解活體系統的複雜性，也為探索生命起源提供新的思路。畢竟，生命的美妙或許正來自這些看似混亂卻充滿創造力的分子舞步。
相關研究刊登在最新一期的《自然通訊》。
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首圖來源：MPI-DS, LMP(CC BY 4.0)
圖片來源：Nature Communications (CC BY 4.0)
參考論文：
1、Effervescence in a binary mixture with nonlinear non-reciprocal interactions
延伸閱讀：
1、哈佛科學家成功使用分子進行量子運算