Vi människor kan vara ännu mer av universum än vi trodde. Enligt en studie publicerad i tidskriften Physical Review C har neutronstjärnor och cellcytoplasma något gemensamt: strukturer som liknar garage med flera våningar. 2014 undersökte fysikern med mjuk kondenserad substans Greg Huber och kollegor biofysiken i dessa former - spiraler som ansluter jämnt fördelade ark - i den endoplasmiska retikulum. Huber och hans kollegor kallade dem Terasaki Ramps efter deras upptäcker Mark Terasaki, en cellbiolog vid University of Connecticut.
Huber tyckte att dessa "parkeringsgarage" var unika för mjukt material (som inuti cellerna) tills han snubblat över arbetet från kärnfysikern Charles Horowitz från Indiana State University. Med hjälp av datorsimuleringar hittade Horowitz och hans team liknande former djupt i skorpan av neutronstjärnor.
"Jag ringde Chuck och frågade om han var medveten om att vi såg sådana strukturer i celler och kom med en modell för dem," säger Huber, biträdande chef för Kavli Institute for Theoretical Physics vid University of California, Santa Barbara. "Detta var nyheter för honom, så jag insåg att vi kunde ha ett fruktbart samarbete."
Som ett resultat av deras samarbete, som nämnts i Physical Review C, undersökte de förhållandet mellan två helt olika modeller av materia.
Kärnfysiker har en mycket exakt terminologi för hela klassen av figurer som de observerar i sina datormodeller av neutronstjärnor: kärnpasta. Den består av rör (spaghetti) och parallella ark (lasagne), anslutna med spiralformer som påminner om Terasaki-ramper.
"De observerar de former vi ser i cellen", förklarar Huber.”Vi ser ett rörnätverk, vi ser parallella ark. Vi ser ark sammankopplade av topologiska defekter, som vi kallar Terasaki-ramper. Därför är parallellerna mycket djupa."
Kampanjvideo:
Ändå är deras fysik annorlunda. Vanligtvis kännetecknas ett ämne av dess fas, ett tillstånd som beror på termodynamiska variabler: densitet (eller volym), temperatur och tryck - faktorer som skiljer sig väsentligt på kärnkraften och intracellulär nivå.
"För neutronstjärnor utgör starka kärnkrafts- och elektromagnetiska krafter ett kvantmekaniskt problem", förklarar Huber. - Inuti cellen är krafterna som håller membranen i grunden entropiska och relaterade till att minimera systemets totala fria energi. Vid första anblicken är det helt olika saker."
En annan skillnad är skalan. I det nukleära fallet är dessa strukturer baserade på nukleoner som protoner och neutroner, och dessa byggstenar mäts med femtometers (10-15). När det gäller intracellulära membran mäts skallängden i nanometer (10-9). Skillnaden mellan dem är ganska stor (10-6), men samtidigt har de dagar och samma former.
"Detta betyder att det finns något djupare än vi förstår hur man modellerar ett kärnkraftsystem," säger Huber. "När du har en tät samling av protoner och neutroner, som på ytan av en neutronstjärna, glider starka kärnkrafter och elektromagnetiska krafter ihop faser av materia som du inte kan förutsäga genom att titta på små samlingar av neutroner och protoner."
Likheten hos strukturer upphetsade teoretiska fysiker och kärnfysiker. Martin Savage, till exempel, snubblat över diagram från ett nytt arbete på arXiv och blev mycket intresserad. "Jag blev mycket förvånad över att ett sådant tillstånd uppstår i biologiska system," säger Savage, professor vid University of Washington. "Det finns definitivt något åt det." Dessutom är likheten också mycket mystisk. Detta är bara början.
ILYA KHEL