Me ihmiset, voimme olla jopa enemmän maailmankaikkeudesta kuin kuvittelimme. Physical Review C -lehdessä julkaistun tutkimuksen mukaan neutronitähteillä ja solusytoplasmilla on jotain yhteistä: rakenteet, jotka muistuttavat monikerroksisia autotalleja. Vuonna 2014 pehmeän kondensoituneen aineen fyysikko Greg Huber ja hänen kollegansa tutkivat näiden muotojen - tasaisesti erotettuja arkkeja yhdistävien spiraalien - biofysiikkaa endoplasmisessa retikulumissa. Huber ja hänen kollegansa nimittivät heidät Terasaki-ramppeiksi löytönsä Mark Terasakin, Connecticutin yliopiston solubiologin, mukaan.
Huber ajatteli, että nämä "pysäköintihallit" olivat ainutlaatuisia pehmeälle aineelle (kuten solujen sisäpuolelle), kunnes hän kompastui Indianan osavaltion yliopiston ydinfyysikon Charles Horowitzin työhön. Horowitz ja hänen tiiminsä löysivät tietokone simulaatioilla samanlaisia muotoja syvältä neutronitähtien kuoresta.
"Soitin Chuckille ja kysyin, oliko hän tietoinen siitä, että näimme tällaisia rakenteita soluissa, ja keksin heille mallin", sanoo Kalifornian yliopiston Santa Barbaran Kavlin teoreettisen fysiikan instituutin varajohtaja Huber. "Tämä oli hänelle uutisia, joten tajusin, että meillä voisi olla hedelmällinen yhteistyö."
Yhteistyönsä tuloksena, kuten Physical Review C: ssä todettiin, he tutkivat kahden täysin erilaisen materiaalimallin välistä suhdetta.
Ydinfyysikolla on erittäin tarkka terminologia koko lukuhahmoille, joita he havaitsevat neutronitähteidensä tietokonemalleissa: ydinpasta. Se koostuu putkista (spagetti) ja yhdensuuntaisista arkeista (lasagne), jotka on kytketty kierremuodoilla, jotka muistuttavat Terasaki-ramppeja.
"He tarkkailevat muotoja, joita näemme solussa", Huber selittää.”Me näemme putkimaisen verkon, näemme rinnakkaiset arkit. Näemme arkkeja, jotka on kytketty toisiinsa topologisten vikojen avulla, joita kutsumme Terasaki-ramppeiksi. Siksi rinnakkaisuudet ovat hyvin syviä."
Mainosvideo:
Siitä huolimatta heidän fysiikansa on erilainen. Yleensä aineelle on ominaista sen faasi, tila, joka riippuu termodynaamisista muuttujista: tiheys (tai tilavuus), lämpötila ja paine - tekijät, jotka eroavat merkittävästi ydin- ja solunsisäisellä tasolla.
"Neutronitähteille voimakkaat ydin- ja sähkömagneettiset voimat aiheuttavat kvanttimekaanisen ongelman", Huber selittää. - Solun sisäpuolella kalvoja pitävät voimat ovat pohjimmiltaan entrooppisia ja liittyvät järjestelmän vapaan kokonaisenergian minimointiin. Ensi silmäyksellä nämä ovat täysin erilaisia asioita."
Toinen ero on mittakaava. Ydintapauksessa nämä rakenteet perustuvat nukleoneihin, kuten protoneihin ja neutroneihin, ja nämä rakennuspalikat mitataan femtometreillä (10-15). Solunsisäisten kalvojen tapauksessa asteikon pituus mitataan nanometreinä (10-9). Ero niiden välillä on melko suuri (10-6), mutta samaan aikaan heillä on päiviä ja samat muodot.
"Tämä tarkoittaa, että ydinjärjestelmän mallintamisessa on jotain syvempää kuin ymmärrämme", Huber sanoo. "Kun sinulla on tiheä protonien ja neutronien kokoelma, kuten neutronitähteen pinnalla, voimakkaat ydinvoimat ja sähkömagneettiset voimat yhdistyvät sinut aineen vaiheisiin, joita et voi ennustaa katsomalla pieniä neutronien ja protonien kokoelmia."
Rakenteiden samankaltaisuus innosti teoreettisia fyysikoita ja ydinfyysikkoja. Esimerkiksi Martin Savage kompastui kaavioista uudesta arXiv-teoksesta ja kiinnostui siitä. "Olin hyvin yllättynyt siitä, että tällainen ainetila esiintyy biologisissa järjestelmissä", sanoo Washingtonin yliopiston professori Savage. "Siinä on ehdottomasti jotain." Lisäksi samankaltaisuus on myös erittäin salaperäinen. Tämä on vasta alkua.
ILYA KHEL