海星胚胎旋转成一个像活水晶一样的结构：

微小的凝胶状水滴在水中完美地旋转——它们的运动激起一股吸引邻居的力量。当足够多的原子聚集在一起时，这种同步舞蹈将它们排列成精确的六边形、有序的、重复的图案，就像石墨烯晶体结构中的碳原子一样。

但这些不是原子或任何类型的原子仅受物理力支配的无生命物质——它们是活的、自我移动的、胚胎海星 (Patiria miniata)。

旋转的海星胚胎聚集成活水晶。 （Tan 等人，《自然》，2022 年）

“我们知道我们拥有许多材料的晶体，但我们从未真正将晶体的形成与实际存在的成分联系起来，”麻省理工学院的物理学家 Nikta Fakhri 说自然界。

“这是一个绝对非凡的现象，从未发生过以前也有报道。”

麻省理工学院物理学家 Tzer Han Tan 的 Fakhri 及其同事研究活性物质——其中每个单独成分（例如鸟群中的一只鸟，或一滴水中的细胞）使用能量的系统移动，使整个群体失去与周围环境的平衡。

像普通物质一样，这些系统也可以具有令人惊讶的涌现特性。海星“晶体”也不例外。

每个胚胎都使用其毛发状纤毛沿左手方向自旋。当足够多的个体聚集在水面时，自发的涟漪开始流过它们形成的结构。

Fakhri 解释说，它们是非常大规模的波，与晶体本身一样大。

带有箭头和颜色编码的波纹模型以指示每个胚胎的方向。（Tan 等人，自然，2022)

“我们可以看到这种晶体在很长一段时间内旋转和摇晃，这绝对出乎意料，”麻省理工学院的理论生物物理学家兼研究作者亚历山大·米特克说。

“你会认为这些涟漪会很快消失，因为水是粘性的并且会抑制这些振荡。这告诉我们该系统具有某种奇怪的弹性行为。”

研究人员模拟了胚胎的运动以看看他们的旋转如何将水拉向自己。这反过来又将它们旋转的邻居也拉向它们，形成一种往复的吸引力。

但是最终向下流动的水也产生了另一个在系统内不往复运动的水平力。这导致整个晶体结构也发生旋转。

整体旋转和波浪都证明了奇弹性的物理特性。这很奇怪，因为根据经典物理定律，简单地使一个孤立的固体物体变形，例如漂浮在 w 中的晶体水，在特定情况下不应通过环境为其提供动力。

但是，如果一个物体由活性成分组成，那么这种整体形状变形可能具有一些有趣的机械特性。

至少，这是理论。实际上，它仍然是一个正在探索的物理学领域。

自然界中出现了一些有趣的可能性。之前在藻类中也观察到类似的现象。

旋转的晶体状结构在大约 30 小时后消散。 （Tan 等人，《自然》，2022 年）

一旦婴儿海星形成漂浮的、活的晶体结构，它就会在胚胎发育改变足以破坏模式之前将自身保持在一起数天。

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更好地理解这些有生命的物理特性可以帮助我们

“想象一下，建造一群柔软的、旋转的机器人，它们可以像这些胚胎一样相互作用，”Fakhri 说。

“它们可以设计成自我组织起来在海中荡漾和爬行以做有用的工作。这些相互作用开辟了一个新的有趣的物理学领域以供探索。”

至于为什么婴儿海星星系 – 是的，海星拥有最多完美的集体名词！ – 当它们聚集时形成晶体结构，目前还是个谜。

然而，这种活水晶现象不太可能在野外自然发生，因为海星胚胎通常不会在水面闲逛。

这项研究发表在《自然》杂志上。