شباهت عجیب میان سلول انسان و نوترون

وبسایت بیگ بنگ - منصور نقی لو: اگر خودتان را با یک ستاره نوترونی مقایسه کنید، شاید به نقاط مشترک زیادی دست نیابید. ستاره های نوترونی - اجرام سماوی با میدان های مغناطیسی بسیار قوی - از هسته ستارگان فروپاشیده تشکیل یافته و چند سال نوری با زمین فاصله دارند. اما بر اساس تحقیقات جدید، ما یک وجه تشابه با این ستارگان داریم: هندسه ماده که تشکیل دهندۀ ماست.

محققان دریافته‌اند که پوسته (یا لایه‌های بیرونی) یک ستاره نوترونی شکلی شبیه به غشاهای سلولی ما انسان ها دارد. یافته فوق را میتوان اینطور تفسیر کرد که علی رغم تفاوت های اساسی، انسان ها و ستاره های نوترونی هر دو محدود به هندسه یکسانی هستند. یکی از محققان و اخترفیزیکدانان به نام چارلز هاروویتز از دانشگاه ایندیانا در بلومینگتون گفت: « مشاهده اشکال مشابه در چنین سیستم های کاملا متفاوتی نشان می دهد که انرژی سیستم میتواند به شکل آن هم بستگی داشته باشد.»

ما برای درک این یافته نیاز داریم تا سریعاً وارد دنیای عجیب و غریب ماده هسته‌ای شویم که محققان آن را ماکارونی هسته‌ای می نامند، زیرا بیشتر به اسپاگتی و لازانیا شباهت دارد. این ماکارونی هسته‌ای به خاطر نیروهای دافعه در پوسته متراکم ستاره نوترونی پدید می آید. آن نیروها با نیروی قوی تری رقابت کرده و کوارک ها را کنار هم نگه می دارند. به عبارت دیگر، دو نیروی قدرتمند بر علیه یکدیگر کار می کنند و ماده ی متشکل از ذرات گوناگون را برای ایجاد ساختاری داربست مانند تحت فشار قرار می دهند. در زیر تصویر را مشاهده کنید:

گرگ هوبر به عنوان یکی از اعضای تیم و فیزیکدان زیستی از دانشگاه کالیفرنیا در سانتا باربارا طی توضیحاتی گفت: « وقتی مجموعه چگالی از پروتون و نوترون دارید، نیروی هسته ای قوی، نیروی الکترومغناطیسی با هم دست به یکی کرده و فازی از ماده ارائه می کنند که پیش بینی اش برایتان دشوار است. یعنی اگر شما به آن نیروهای فعال در مجموعه های کوچکی از نوترون ها و پروتون ها نگاه می کردید، هرگز نمی توانستید آنها را پیش بینی کنید.»

اکنون یافته ی جدید گویای آن است که این ساختارهای ماکارونی شکل، شباهت زیادی با ساختارهای درون سلول های زیستی دارند، گرچه تفاوت های بسیار وسیعی با هم دارند. این شباهت عجیب نخستین بار در سال ۲۰۱۴ میلادی مشاهده شد، یعنی زمانی که هوبر مشغول مطالعه اشکال منحصربفردی در ریزتورینه ی آندوپلاسمی (اندام کوچکی در سلول های ما که پروتئین و لیپید ایجاد می کند) بود. هوبر در ابتدا تصور کرد این ساختارها در ER چیزی هستند که فقط درون ماده نرم مشاهده می شوند. اما او نگاهی به مدل های ستاره های نوترونی هاروویتز انداخت و از این یافته شگفت زده شد که ساختارهای ER شباهت فراوانی با ساختارهای درون ستاره های نوترونی دارند.

هوبر بیان کرد: « من با هاروویتز تماس گرفتم و از او پرسیدم که آیا می دانست چنین ساختارهایی را در سلول ها دیده بوده و مدلی برای آنها طراحی کرده بودیم یا خیر. این خبر جدیدی برای او بود و من دریافتم که باید برهمکنش سودمندی در کار باشد.» شما میتوانید ساختارهای ER (سمت چپ) و ستاره های نوترونی (سمت راست) را در زیر ببینید:

اکتشاف فوق دو دانشمند را گرد هم آورد تا تفاوت های میان ساختارها را بررسی کرده و مورد مقایسه قرار دهند، مثل شرایط لازم برای شکل گیری آنها. همانطور که میدانید ماده در حالات گاز، جامد و مایع یافت می شود. شرایط مختلف و متعددی بر حالات ماده تاثیر می گذارند. از جمله این شرایط میتوان اشاره کرد به: دمای ماده، میزان فشاری که بر ماده اعمال شده و میزان تراکم آن.

این عوامل به تندی میان ماده نرم(مواد موجود درون سلول ها) و ستاره های نوترونی(ماده هسته‌ای) دستخوش تغییر قرار می گیرند. ستاره های نوترونی بعد از انفجار های ابرنواختر به وجود می آیند و سلول ها درون موجودات زنده شکل می گیرند. با علم به این مسئله، می توان به سادگی دریافت که این دو کاملا با هم فرق دارند. هوبر همچنین افزود: نیروی هسته ای قوی و نیروی الکترومغناطیسی در ستاره های نوترونی یک مسئله مکانیک کوانتومی را به وجود می آورند. نیروهای درون سلولها که غشاها را کنار هم نگه می دارند، کاملا درونگشتی بوده و با کاستن از انرژی آزاد سیستم سر و کار دارند. در نگاه اول، شاید چنین تفاوت هایی چندان محسوس نبودند.

چنین وجه تشابهی بسیار جالب بوده و این حس پیوستگی انسان را با کیهان به طریقی عجیب و غریب در ما بوجود می آورد. تفاوت ها نیز بر اهمیت این اکتشافات دلالت می کنند زیرا بر طبق آن، دو چیز کاملا متفاوت - سلول ها و ستاره های نوترونی - احتمالا از قوانین هندسی یکسانی تبعیت می کنند. تحقیقات بسیاری برای درک آنچه که در اینجا اتفاق می افتد، مورد نیاز است. اما آن را یک نقطه آغازی تلقی کرد که ما را در فهمیدن نحوه سازماندهی ماده یاری خواهد کرد و ما برای تحقق این هدف بی صبرانه منتظریم. جزئیات بیشتر این پژوهش در Physical Review C منتشر شده است.