Nosotros los humanos podemos estar más alineados con el universo de lo que creemos.
Según una investigación publicada en la revista Revisión física C , las estrellas de neutrones y el citoplasma celular tienen algo en común: estructuras que se asemejan a estacionamientos de varios pisos.
En 2014, el físico de materia condensada blanda de UC Santa Barbara Greg Huber y sus colegas exploraron la biofísica de tales formas, hélices que conectan pilas de láminas espaciadas uniformemente en un orgánulo celular llamado retículo endoplásmico ER.sus colegas las llamaron rampas Terasaki después de que su descubridor, Mark Terasaki, biólogo celular de la Universidad de Connecticut.
Huber pensó que estos "estacionamientos" eran exclusivos de la materia blanda como el interior de las celdas hasta que descubrió el trabajo del físico nuclear Charles Horowitz en la Universidad de Indiana. Mediante simulaciones por computadora, Horowitz y su equipo habían encontrado las mismas formas en profundidaden la corteza de las estrellas de neutrones.
"Llamé a Chuck y le pregunté si estaba al tanto de que habíamos visto estas estructuras en las células y se les había ocurrido un modelo", dijo Huber, subdirector del Instituto Kavli de Física Teórica KITP de la UCSB.fue una novedad para él, así que me di cuenta de que podría haber una interacción fructífera ".
La colaboración resultante, resaltada en Revisión física C , exploró la relación entre dos modelos de materia muy diferentes.
Los físicos nucleares tienen una terminología adecuada para toda la clase de formas que ven en sus simulaciones de computadora de alto rendimiento de estrellas de neutrones: pasta nuclear. Estas incluyen tubos espagueti y láminas paralelas lasaña conectadas por formas helicoidales que se parecen a las rampas de Terasaki.
"Ven una variedad de formas que vemos en la celda", explicó Huber. "Vemos una red tubular; vemos láminas paralelas. Vemos láminas conectadas entre sí a través de defectos topológicos que llamamos rampas de Terasaki. Entonces, los paralelosson bastante profundos "
Sin embargo, se pueden encontrar diferencias en la física subyacente. Por lo general, la materia se caracteriza por su fase, que depende de variables termodinámicas: densidad o volumen, temperatura y presión, factores que difieren mucho en el nivel nuclear y en el intracelular.contexto.
"Para las estrellas de neutrones, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza electromagnética crean lo que es fundamentalmente un problema de mecánica cuántica", explicó Huber. "En el interior de las células, las fuerzas que mantienen unidas las membranas son fundamentalmente entrópicas y tienen que ver conla minimización de la energía libre total del sistema. A primera vista, estos no podrían ser más diferentes ".
Otra diferencia es la escala. En el caso nuclear, las estructuras se basan en nucleones como protones y neutrones y esos bloques de construcción se miden usando femtómetros 10-15. Para membranas intracelulares como el ER, la escala de longitud es nanómetros 10-9. La relación entre los dos es un factor de un millón 10-6, sin embargo, estos dos regímenes muy diferentes tienen las mismas formas.
"Esto significa que hay algo profundo que no entendemos acerca de cómo modelar el sistema nuclear", dijo Huber. "Cuando tienes una densa colección de protones y neutrones como lo haces en la superficie de una estrella de neutrones,la fuerte fuerza nuclear y las fuerzas electromagnéticas conspiran para darte fases de materia que no podrías predecir si hubieras visto esas fuerzas que operan en pequeñas colecciones de neutrones y protones ".
La similitud de las estructuras es fascinante para los físicos teóricos y nucleares por igual. El físico nuclear Martin Savage estaba en el KITP cuando encontró gráficos del nuevo artículo sobre arXiv, una biblioteca de preimpresión que publica miles de artículos de física, matemáticas e informática.Inmediatamente se despertó su interés.
"Que fases similares de materia emerjan en los sistemas biológicos fue muy sorprendente para mí", dijo Savage, profesor de la Universidad de Washington. "Claramente hay algo interesante aquí".
El coautor Horowitz estuvo de acuerdo. "Ver formas muy similares en sistemas tan sorprendentemente diferentes sugiere que la energía de un sistema puede depender de su forma de una manera simple y universal", dijo.
Huber señaló que estas similitudes aún son bastante misteriosas. "Nuestro trabajo no es el final de algo", dijo. "Es realmente el comienzo de mirar estos dos modelos".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Bárbara . Original escrito por Julie Cohen. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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