从双稳态化学动力学中涌现出的单物种非惠利性

由可形成复合单元的复杂系统中出现的涌现对称性为我们提供了设计和控制奇异相行为的机会，例如通过利用其中的动力学对称性破缺。我们提出了一种新的机制，用于从由半渗透性囊泡构成的单物种活性胶浊颗粒悬浮液中涌现出非惠利性相互作用。这种胶浊颗粒由囊泡封装的酶催化非线性化学反应而组成。双稳态化学动力学使胶浊反应腔体可作为净产物或净消耗物，取决于所选的内部和周围化学浓度值。由于胶浊的内部化学状态取决于动态化学浓度而非材料参数，两个相同的胶浊颗粒在响应相应浓度梯度通过扩散相位作用力时，可能呈现不同的有效化学相互作用。此外，胶浊颗粒可自发且可逆地在有效消费者或生产者之间切换。因此，胶浊颗粒可在非惠利性方式下动态切换于忽略、吸引、排斥和追逐彼此之间。这种灵活性可通过调节参数来诱导化学动力学的分岔，从而对相互作用图样进行稳健的控制，产生丰富的涌现动力学，如自发的多体极化群体运动。