新的研究发现，分子在没有外力的情况下表现出非相互作用

　　缅因州理论物理学家R. Dean Astumian和宾夕法尼亚州立大学的合作者Ayusman Sen和Niladri Sekhar Mandal在著名的细胞出版社期刊《化学》上发表了一篇文章，他们发表了一种不同的机制，通过这种机制，单个分子可以在没有流体动力学效应的情况下进行非相互作用。这种机制调用了反应物和产物的局部梯度，这是由于每种化学催化剂促进的反应，其中一个生物例子是酶。因为催化剂对梯度的反应取决于催化剂的性质，所以有可能出现一个分子排斥另一个分子，但又吸引另一个分子的情况。

　　

缅因大学和宾夕法尼亚州立大学的研究人员发现，分子在没有外力的情况下会发生非相互作用。

引力和电磁力等基本力是相互作用的，两个物体相互吸引或相互排斥。然而，在我们的日常经验中，相互作用似乎并不遵循这种相互作用定律。例如，捕食者被猎物吸引，但猎物往往会逃离捕食者。这种非互惠的相互作用对于与生物体相关的复杂行为是必不可少的。对于像细菌这样的微观系统，非互反相互作用的机制已经由流体动力学或其他外力来解释，以前认为类似类型的力可以解释单个分子之间的相互作用。

在著名的细胞出版社《化学》杂志上发表的一篇文章中，缅因州理论物理学家R. Dean Astumian和宾夕法尼亚州立大学的合作者Ayusman Sen和Niladri Sekhar Mandal发表了一种不同的机制，通过这种机制，单个分子可以在没有流体动力学效应的情况下进行非相互作用。这种机制调用了反应物和产物的局部梯度，这是由于每种化学催化剂促进的反应，其中一个生物例子是酶。因为催化剂对梯度的反应取决于催化剂的性质，所以有可能出现一个分子排斥另一个分子，但又吸引另一个分子的情况。

当作者在讨论中意识到每种催化剂的动力学不对称性控制着浓度梯度的反应方向时，“尤里卡时刻”就出现了。由于动力学不对称是酶本身的特性，它可以经历进化和适应。动力学不对称所允许的非互反相互作用在分子相互作用中也起着至关重要的作用，并且可能在简单物质变复杂的过程中起着关键作用。

其他研究人员之前已经做了很多关于非互惠相互作用发生时会发生什么的工作。这些努力在被称为“活性物质”的领域的发展中发挥了核心作用。在这个早期的工作中，非互反相互作用是通过结合特别力引入的。然而，Mandal, Sen和Astumian所描述的研究描述了一种基本的分子机制，通过这种机制，单个分子之间可以产生这种相互作用。这项研究建立在早期工作的基础上，在早期工作中，同一批作者展示了单个催化剂分子如何利用它催化的反应产生的能量在浓度梯度中进行定向运动。

决定不同催化剂之间非互反相互作用的动力学不对称性也被证明对生物分子机器的方向性很重要，并已被纳入合成分子马达和泵的设计中。

Astumian、Sen和Mandal之间的合作旨在揭示不同催化剂松散关联背后的组织原理，这些催化剂可能形成了最早的代谢结构，最终导致了生命的进化。

阿斯图米安说:“我们正处于这项工作的最开始阶段，但我认为理解动力学不对称是理解生命如何从简单分子进化而来的一个可能的机会。”“它不仅可以洞察物质的复杂性，动力学不对称也可以用于分子机器和相关技术的设计。”

Astumian于2001年加入缅因州物理与天文学系。他的研究主要集中在生物物理学、凝聚态物理学和化学驱动的分子机器。

2016年，他被任命为美国科学促进会(AAAS)会员。他的其他荣誉包括生物电化学学会伽伐尼奖、洪堡奖、费曼奖、皇家化学学会地平线奖、物理有机化学帕金奖。