人類細胞與中子星的相似之處

知識 11-04

如果你曾將自己與一顆中子星進行比較過，那麼也許你並沒有發現你們之間有多少相似之處。畢竟中子星是有著超強磁場的天體，它們由坍塌的星核構成，距離地球好幾光年遠，它們也不看電視。

人類細胞與中子星的相似之處

但一項新研究發現，我們之間至少有一個相似之處：構成的我們的物質的幾何結構。

研究人員們已經發現一顆中子星的外層與我們的細胞膜有著相似的形狀。這意味著雖然人類與中子星是完全不同的東西，但從幾何結構來看他們可以被歸為一類。

印地安那大學伯明頓分校的天體物理學家Charles Horowitz表示：「這兩種截然不同系統相似的形狀說明一個系統的能量取決於它的形狀。」

為了理解這一發現，我們首先需要了解核物質的奇怪世界，由於它看起來又像義大利面，因此研究人員們也稱其為「核義大利面」。

人類細胞與中子星的相似之處

感謝長期排斥的力與將夸克綁在一起的強力之間的競爭，這樣的核義大利面形成了一顆中子星的密實表面。

換句話說，兩種強大力量相互作用，強迫物質(構成各種各種粒子的東西)排列成義大利面的模樣。

團隊成員、加州大學聖塔芭芭拉分校的生物物理學家Greg Huber解釋道：「當你擁有了像中子星表面那樣密實的質子與中子結合之後，如果你只觀察質子與中子之間力的運轉，那麼強烈的核作用力與電磁力結合會讓你無法預測物質的相。」

原來，刨除諸多不同之處以後，這些像義大利面一樣的結構與生物細胞內的結構也有相似之處。

Huber最先在2014年發現這種奇怪的相似性，當時他正在研究我們內質網(endoplasmic reticulum，英文簡寫ER，製造蛋白質和脂類的細胞器)。

剛開始，Huber還以為內質網上的這些結構僅僅會出現在柔軟的物質上。但當他看到Horowitz的中子星模型之後，震驚地發現內質網與中子星的結構非常相似。

Huber說道：「我問Horowitz是否意識到我們曾在細胞內見過這些結構，並為它們構建了一個模型。對他而言這是個新奇的事情，那時我就意識到肯定會出現某些富有成效的互動。」

下圖左邊是內質網結構，右邊是中子星結構：

人類細胞與中子星的相似之處

這一發現讓科學家們開始比較分析這些結構之間的差異，比如它們形成所需的條件。

一般而言，科學家們用相(或者說狀態)來描述物質，比如氣體、固體和液體。不同的相通常會受到諸多因素的影響，比如物質的溫度、受到的壓力以及它的密度。

在柔軟的物質(細胞內的結構)和中子星中，這些因素有很大變化。畢竟，中子星的形成源自超新星爆炸而細胞形成於活物內。有了這一點，人們很容易就能看出它們之間的不同。

Huber說：「對中子星而言，強烈的核作用力與電磁力帶來了量子力學問題。而在細胞內部，讓這些膜連在一起的基本是熵，並且它與系統總自由能的最小化有關。乍一看，它們完全不同。」

雖然這種相似性很酷，並且以一種奇怪的方式讓我們同宇宙產生了聯繫，但二者之間的差異更加重要。它們也許受到了同一種我們才開始理解的幾何規則指導。

在了解具體情況之前，我們還需要等待科學家們進行進一步調查。該研究被發表在Physical Review C上。

[肌肉桃 via ScienceAlert]

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