Non-reciprocal phase transition enables swarming motility in biological active matter

活性物质 蜂群(蜜蜂) 互惠的 相变 运动性 物理 凝聚态物理 生物 生态学 细胞生物学 哲学 语言学
作者
Aşkın Kocabaş,Şahin Kaya Özdemir,Mustafa Başaran,Tevfik Can Yüce,Ali Kecebas,Baha Altın,Yusuf Ilker Yaman,Esin Demir,Coşkun Kocabaş
出处
期刊:Research Square - Research Square
标识
DOI:10.21203/rs.3.rs-3956047/v1
摘要

Abstract Nonreciprocal interactions break action-reaction symmetry in systems of interacting bodies. This process inevitably introduces non-Hermitian dynamics which with its hallmark signature called exceptional points (EPs) has been a subject of intense research across different disciplines ranging from photonics to metamaterials. Whether non-Hermiticity and EPs are a fundamental property of nature and if so, how nature utilizes them to gain competitive advantage have remained largely unanswered. Although biological systems feature many examples of non-reciprocal interactions with the potential to drive non-Hermitian dynamics, these are often theoretically overlooked and not experimentally investigated. Here, we demonstrate in an active matter composed of social animal Caenorhabditis elegans and bacteria, non-Hermitian dynamics, and the emergence of EPs owing to the nonreciprocal nature of oxygen sensing, nonequilibrium interfacial current, and bacterial consumption. We observed that when driven through the EP, the system collectively breaks parity-time (PT) symmetry leading to traveling waves and arrested phase separation. We further find that these features enable the collective ability to localize interfaces between broken and exact PT-phases. Remarkably, this ability provides a strong evolutionary advantage to animals living in soil. Altogether our results provide mechanistic insights into the detailed symmetries controlling the collective response of biological systems; answer a long-standing problem; and give an example of the EP-enabled dynamics in a biological system.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
量子星尘发布了新的文献求助50
2秒前
zzz完成签到 ,获得积分10
2秒前
zz完成签到 ,获得积分10
2秒前
跳跃的白云完成签到 ,获得积分10
4秒前
炙热的羽毛完成签到,获得积分10
5秒前
calvin发布了新的文献求助10
7秒前
pterionGao完成签到 ,获得积分10
9秒前
Diamond完成签到,获得积分10
16秒前
ang完成签到,获得积分10
17秒前
Garrett完成签到 ,获得积分10
17秒前
calvin发布了新的文献求助10
21秒前
倪小呆完成签到 ,获得积分10
22秒前
23秒前
jue完成签到 ,获得积分10
28秒前
研友_VZG7GZ应助calvin采纳,获得10
29秒前
xu完成签到,获得积分10
31秒前
好名字完成签到,获得积分10
31秒前
cong完成签到 ,获得积分10
32秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
32秒前
科研通AI2S应助一杯美事采纳,获得10
34秒前
chen完成签到 ,获得积分10
39秒前
41秒前
44秒前
calvin发布了新的文献求助10
47秒前
韩医生口腔完成签到 ,获得积分10
48秒前
江幻天完成签到,获得积分10
48秒前
一杯美事发布了新的文献求助10
51秒前
Lucas选李华完成签到 ,获得积分10
54秒前
54秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
56秒前
橘子的哈哈怪完成签到,获得积分10
56秒前
薄荷小新完成签到 ,获得积分10
59秒前
59秒前
liwu完成签到 ,获得积分10
1分钟前
佳言2009完成签到,获得积分10
1分钟前
科研通AI5应助calvin采纳,获得10
1分钟前
一杯美事完成签到,获得积分10
1分钟前
和谐的映梦完成签到,获得积分10
1分钟前
研友_P85D6Z发布了新的文献求助10
1分钟前
辛苦科研人完成签到 ,获得积分10
1分钟前
高分求助中
Les Mantodea de Guyane: Insecta, Polyneoptera [The Mantids of French Guiana] 2000
The Oxford Encyclopedia of the History of Modern Psychology 2000
Chinesen in Europa – Europäer in China: Journalisten, Spione, Studenten 1200
Deutsche in China 1920-1950 1200
Synthesis of 21-Thioalkanoic Acids of Corticosteroids 1000
Electron microscopy study of magnesium hydride (MgH2) for Hydrogen Storage 1000
Applied Survey Data Analysis (第三版, 2025) 850
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 计算机科学 化学工程 内科学 复合材料 物理化学 电极 遗传学 量子力学 基因 冶金 催化作用
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3883870
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3426178
关于积分的说明 10747207
捐赠科研通 3151011
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1739202
邀请新用户注册赠送积分活动 839633
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 784734