Noi umani potremmo essere ancora più universali di quanto immaginassimo. Secondo uno studio pubblicato sulla rivista Physical Review C, le stelle di neutroni e il citoplasma cellulare hanno qualcosa in comune: strutture che assomigliano a garage a più piani. Nel 2014, il fisico della materia morbida condensata Greg Huber e colleghi hanno studiato la biofisica di queste forme - spirali che collegano fogli equidistanti - nel reticolo endoplasmatico. Huber ei suoi colleghi li chiamarono Terasaki Ramps in onore del loro scopritore Mark Terasaki, un biologo cellulare presso l'Università del Connecticut.
Huber pensava che questi "parcheggi" fossero unici per la materia morbida (come l'interno delle cellule) fino a quando non si è imbattuto nel lavoro del fisico nucleare Charles Horowitz della Indiana State University. Usando simulazioni al computer, Horowitz e il suo team hanno trovato forme simili nelle profondità della crosta delle stelle di neutroni.
"Ho chiamato Chuck e gli ho chiesto se era a conoscenza del fatto che abbiamo visto tali strutture nelle cellule e abbiamo escogitato un modello per loro", dice Huber, vicedirettore del Kavli Institute for Theoretical Physics presso l'Università della California, a Santa Barbara. "Questa era una novità per lui, quindi ho capito che avremmo potuto avere una proficua collaborazione".
Come risultato del loro lavoro di collaborazione, come notato in Physical Review C, hanno studiato la relazione tra due modelli di materia completamente diversi.
I fisici nucleari hanno una terminologia molto precisa per l'intera classe di figure che osservano nei loro modelli computerizzati di stelle di neutroni: pasta nucleare. Si compone di tubi (spaghetti) e fogli paralleli (lasagne), collegati da forme a spirale che ricordano le rampe di Terasaki.
"Osservano le forme che vediamo nella cella", spiega Huber. “Vediamo una rete tubolare, vediamo fogli paralleli. Vediamo fogli interconnessi da difetti topologici, che chiamiamo rampe di Terasaki. Pertanto, i paralleli sono molto profondi ".
Video promozionale:
Tuttavia, la loro fisica è diversa. Di solito una sostanza è caratterizzata dalla sua fase, uno stato che dipende da variabili termodinamiche: densità (o volume), temperatura e pressione - fattori che differiscono in modo significativo a livello nucleare e intracellulare.
"Per le stelle di neutroni, le forze nucleari ed elettromagnetiche forti rappresentano un problema di meccanica quantistica", spiega Huber. - All'interno della cella, le forze che tengono insieme le membrane sono fondamentalmente entropiche e sono legate alla minimizzazione dell'energia libera totale del sistema. A prima vista, queste sono cose completamente diverse ".
Un'altra differenza è la scala. Nel caso nucleare, queste strutture sono basate su nucleoni come protoni e neutroni, e questi elementi costitutivi sono misurati con femtometri (10-15). Nel caso delle membrane intracellulari, la lunghezza della scala è misurata in nanometri (10-9). La differenza tra loro è abbastanza grande (10-6), ma allo stesso tempo hanno giorni e le stesse forme.
"Ciò significa che c'è qualcosa di più profondo di quanto capiamo su come modellare un sistema nucleare", dice Huber. "Quando hai una densa collezione di protoni e neutroni, come sulla superficie di una stella di neutroni, forti forze nucleari e forze elettromagnetiche si combinano per farti scivolare in fasi della materia che non puoi prevedere guardando piccole raccolte di neutroni e protoni".
La somiglianza delle strutture ha eccitato fisici teorici e fisici nucleari. Martin Savage, ad esempio, si è imbattuto in grafici di un nuovo lavoro su arXiv e si è molto interessato. "Sono rimasto molto sorpreso che un tale stato della materia si verifichi nei sistemi biologici", afferma Savage, professore presso l'Università di Washington. "C'è sicuramente qualcosa in questo." Inoltre, la somiglianza è anche molto misteriosa. Questo è solo l'inizio.
ILYA KHEL
