„Това, че виждаме прилики с такава поразителна точност, между обекти с толкова различни мащаби предполага, че енергията се подчинява на една универсална и сравнително елементарна геометрия.“ – Charles Horowitz, астрофизик от Indiana University, Bloomington
За да разберем откритието, трябва да се потопим в странния свят на ядрената материя, която учените апетитно наричат „ядрена паста“, защото в действителност прилича на спагети и лазаня. Вижте сами:
„Когато разполагаме с плътна маса от протони и неутрони, както е на повърхността на неутронната звезда, силното ядрено взаимодействие и електромагнитните сили си противодействат по такъв начин, че създават предпоставки за образуване на структури, които няма как да наблюдаваме ако разглеждаме тези две фундаментални сили поотделно.“ – обяснява биофизикът Greg Huber от екипа. „И сега, виждаме, че тази така наречена структура – паста, много наподобява структурите вътре в клетката, въпреки че двете на пръв поглед нямат нищо общо.“
Тази прилика за първи път е открита през 2014, когато Huber изучава уникалните форми на ЕР – ендоплазмения ретикулум – малките органели в клетките ни, които образуват протеините и липидите. Първоначално Huber смята, че тези структури са характерни само за меката тъкан. Но случайно попада на модел на неутронна звезда от Chuck Horowitz, и остава изненадан от поразителната прилика.
„Обадих се на Чък (Hotowitz) и го попитах дали не е взаимствал структурите на неутронната звезда от учебник по биология, но той остана изненадан от въпроса, тогава разбрах, че от това може да излезе нещо полезно.“
Може да видите приликата между ЕР на клетка отляво и неутронна звезда отдясно.
Откритието събира двамата учени за да намерят приликите и разликите, както и да разберат условията, които пораждат образуването на структурите.
Обикновено материята се характеризира с нейната агрегатна фаза – твърдо, течно и газообразно състояние. Различните състояния се предизвикват от разнообразие от условия, като температура, налягане, плътност и други. Тези условия, между меката материя и неутронните звезди, силно се различават, все пак, неутронните звезди възникват след експлозия на супернова.
За неутронните звезди, силно ядреното взаимодействие и електромагнитните сили създават условия, които могат да бъдат обяснени с квантовата механика. От друга страна, в клетката, силите които държат мембраните се подчиняват на ентропични принципи, като се стремят да минимизират и оползотворят свободната енергия в системата. Още от пръв поглед ясно разбираме колко крайно различни са двете неща.
Докато приликата е забавна, която някак си по странен начин ни прави по свързани с космоса, то истински забележимото тук е разликата между двата обекта – биологична клетка и неутронна звезда – това подсказва, че енергията и материята и при двата обекта се направляват от едно и също геометрично правило, което едва сега започваме да разбираме.
Тези структури, наречени "рампи за терасаки", се считат за уникални за меката материя (като вътрешността на клетките), докато изследованията не се появиха в работата на ядрения физик Чарлз Хоровиц от университета в Индиана в САЩ.
Използвайки компютърни симулации, Хоровиц и неговият екип откриха същите форми дълбоко в кората на неутронните звезди.
Ядрените физици имат адекватна терминология за целия клас форми, които виждат в своите високопроизводителни компютърни симулации на неутронни звезди: ядрени паста.
Те включват тръби (спагети) и паралелни листове (лазаня), свързани със спираловидни форми, приличащи на рампи Terasaki . Разликите обаче могат да се намерят в основната физика.
Обикновено веществото се характеризира с неговата фаза, която зависи от термодинамичните променливи: плътност (или обем), температура и налягане - фактори, които се различават значително в ядреното ниво и в междуклетъченконтекст.
"За неутронните звезди силната ядрена сила и електромагнитната сила създават основно кванто-механичен проблем", казва Грег Хубер, физик от Калифорнийския университет в Санта Барбара.
Триизмерен модел, използващ данни от актуални ендоплазмични ретикулярни листове
"Във вътрешността на клетките силите, които държат заедно мембраните, са фундаментално ентропични и са свързани с намаляването на общата свободна енергия на системата. На пръв поглед те не биха могли да бъдат по-различни", казва Хубер.
Друга разлика е мащабът. В ядрения случай структурите са базирани на нуклеони като протони и неутрони, а тези градивни елементи се измерват с помощта на femtometres.
За вътреклетъчните мембрани като ER, дължината скала е нанометри. Съотношението между двата е фактор от милион, но тези два много различни режима правят едни и същи форми.
В клетките на слюнчена жлеза на мишка, изобразени горе вляво и дълбоко в кората на неутронна звезда, показана вдясно, са многостепенни структури, свързани с спираловидни рампи, архитектура, позната на всички ни като паркинг гараж.
Структурата на нашата клетъчна цитоплазма и неутронните звезди е подобна, която изглежда като многоетажен паркинг гараж.
Няма коментари:
Публикуване на коментар