Trzy prawa termodynamiki to za mało. Chcą czwartego
Badacze z UT Dresden uważają, że klasyczne narzędzia fizyki nie opisują w pełni żywych komórek. Naukowcy wskazują nową miarę nierównowagi i mówią o zalążku czwartego prawa termodynamiki.
Komórki HeLa
Termodynamika zajmuje się badaniem efektów energetycznych przemian fizycznych i chemicznych. Jedną z jej kluczowych cech jest sprawdzanie, jak "daleko" od osiągnięcia równowagi termodynamicznej znajduje się badany układ cząsteczek.
W życiu jednak stan równowagi termodynamicznej występuje tylko w określonych warunkach. Jak mówią badacze z zespołu z UT Dresden, w komórkach organizmów znajdują się cząsteczki, które aktywnie zużywają energię. To przez nie w komórkach zachodzą sprzężenia zwrotne. Badacze uważają, że te mechanizmy mogą wymagać opracowania nowej zasady termodynamiki.
Wyniki ich eksperymentu zostały opublikowane w magazynie naukowym Physical Review X.
Eksperyment na komórkach HeLa
Naukowcy chcieli sprawdzić czym różni się stan nierównowagi w układach żywych od stanu nierównowagi w układach nieożywionych. Badacze postanowili zbadać to na ludzkich komórkach HeLa - linii komórek nowotworowych.
Najpierw użyli oni substancji chemicznych, aby zatrzymać podział komórek. Następnie przy pomocy mikroskopu sił atomowych zbadali wahania błony komórkowej. Obserwowali również, jak te wahania zmieniają się przy ingerencji w procesy komórkowe.
Wynik uderza w klasykę
Standardowa koncepcja "temperatury efektywnej" nie oddała zachowania komórek. To podejście działa w prostych układach, jak podgrzewana w garnku woda. Tu jednak okazało się zbyt uproszczone i dawało niepełny obraz fluktuacji błon.
– Wiemy, że w biologii wiele procesów wymaga stanu dalekiego od równowagi. Musimy jednak się dowiedzieć, jak "daleko" sięga ten stan – mówi Chase Broedersz z Vrije Universiteit Amsterdam.
Nowy wskaźnik
Badacze wskazali "asymetrię odwrócenia czasu" jako lepszy wskaźnik. Sprawdzali, na ile procesy w komórce wyglądałyby inaczej, gdyby przebiegał wstecz.
– Obecność asymetrii odwrócenia czasu może być bezpośrednio związana z faktem, że procesy biologiczne służą celom takim jak przetrwanie i proliferacja – wyjaśnia autorka badania, Elisabeth Fischer-Friedrich z UT Dresden.
Inni badacze patrzą optymistycznie na wyniki badań Niemców. – Zespół równocześnie zmierzył kilka miar nierównowagi, co jest nie dość, że nowe to i użyteczne – ocenia Yair Shokef z Uniwersytetu w Tel Awiwie.
