Kristalle fernab des Gleichgewichts

Lebende Organismen verkörpern den Gipfel der Komplexität in Systemen, die weit vom Gleichgewicht entfernt sind. Über ihre komplexen Strukturen hinaus weisen sie ein bemerkenswertes Spektrum an Funktionen auf, passen sich an unterschiedliche Umgebungen an und machen evolutionäre Veränderungen durch. Das Erfassen der komplizierten Dynamik, die diesen dieser Maschinerie zu verstehen, stellt eine große Herausforderung dar.

In ihrem ERC-Projekt "Phase map of dynamic, adaptive colloidal crystals far from equilibrium" erforscht Prof. Dr. Serim Ilday diese Dynamik, indem sie ein vereinfachtes Modellsystem analysiert. In diesem System organisieren sich kolloidale Partikel in einfachen Bravais-Gittern und komplizierteren Konfigurationen wie Quasikristalle. Diese Formationen bilden Eigenschaften nach, die an lebende Organismen erinnern. Dazu gehören Eigenschaften wie Motilität, Selbstregulierung, Selbstreplikation, Selbstheilung und das Zusammenspiel im Wettbewerb um Ressourcen und die Kooperation bei der Aufteilung von Ressourcen.

Serim Ilday wendet das der Evolutionsbiologie entlehnte Konzept der „Fitnesslandschaften“ an, um die Evolution und Anpassung ihrer Kristalle im Bereich hochgradig nichtlinearer und zutiefst stochastischer Umstände zu beschreiben. Über den Rahmen dieses Projekts hinaus möchte sie dieses durch die Projektergebnisse geprägte Instrument auf ein breiteres Spektrum von Naturphänomenen anwenden. Diese Erweiterung soll die Kontrolle und Vorhersage von Struktur- und Verhaltensänderungen ermöglichen.

Das Projekt wird mit 1,5 Millionen Euro gefördert.