«Многоэтажная парковка» объединила клеточную биофизику и ядерную астрофизику

«Многоэтажная парковка» объединила клеточную биофизику и ядерную астрофизику

Американские ученые обнаружили сходство конфигураций эндоплазматического ретикулума живых клеток и плотного ядерного вещества в коре нейтронных звезд. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review C.

Эндоплазматический ретикулум (ЭПР) — это органелла эукариотических клеток, которая участвует в синтезе, накоплении, обмене и транспорте белков, липидов, углеводов, стероидов и других веществ. Она представляет собой складчатую мембрану, формирующую так называемые цистерны, отделенные от цитоплазмы. Как показало американо-израильское исследование, опубликованное в 2013 году, структура ЭПР напоминает многоэтажную парковку и представляет собой параллельные слои мембран, соединенные спиральными рампами (рампами Тэрасаки по фамилии первого автора работы). По данным моделирования, такая конфигурация соответствует минимальной эластической энергии поверхностей и краев слоев.

Со схожей структурой столкнулись физики из Калифорнийского технологического института, Университетов Калифорнии и Индианы при молекулярно-динамической симуляции «ядерной пасты». Согласно современным представлениям, этот вид материи с плотностью порядка 1014 граммов на кубический сантиметр присутствует глубоко в коре нейтронных звезд между поверхностью и ядром из кварк-глюонной плазмы. При такой плотности притягивающие ядерные силы и кулоновское отталкивание имеют сопоставимые значения, и их противодействие приводит к формированию сложных структур из нуклонов (протонов и нейтронов). Эти структуры и получили название «ядерной пасты» из-за сходства с соответствующими макаронными изделиями.

Ученые провели различные симуляции самосборки «ядерной пасты» при барионной плотности в 0,05 частицы на кубический фемтометр и соотношении протонов и нейтронов 40:60. Выяснилось, что в этих условиях модель формирует плоские слои («ядерную лазанью») с толщиной значительно больше одного нуклона, которые соединены спиральными структурами, напоминающими рампы Тэрасаки.

Несмотря на различие в плотности на 14 порядков, «ядерная паста» и биологические липидные мембраны продемонстрировали схожую конфигурацию «многоэтажной парковки», причем геометрия этих структур описывается аналогичными формулами. По мнению ученых, такое сходство указывает на естественное формирование обоих структур в силу их энергетически выгодной геометрии, не зависящей от деталей микроскопических взаимодействий (ядерных и кулоновских сил в случае «ядерной пасты», энтропии воды и сложная структура макромолекул в случае ЭПР).

Исследователи отмечают, что энергия изгиба, аналогичная эластической энергии мембран ЭПР, может стабилизировать спиральные рампы между слоями «ядерной лазаньи» и обеспечить их широкую распространенность в «ядерной пасте». Если это так, рассеяние электронов с рамп может снижать электрическую и температурную проводимость коры нейтронных звезд, что, в свою очередь, может приводить к охлаждению коры и, возможно, затуханию магнитного поля звезды. Кроме того, конфигурация «многоэтажной парковки» теоретически может обеспечивать «ядерной пасте» сверхпроводимость, влиять на осцилляции в нейтронной звезде (что, возможно, наблюдается как квазипериодические осцилляции во время вспышек магнетаров) и увеличивать механическую прочность коры, позволяя ей выдерживать более высокие горы (на быстро вращающейся нейтронной звезде они могут стать источником гравитационных волн).

Полученные результаты — не первый случай, когда сходство обнаруживали у совершенно разных вещей, на первый взгляд никак не связанных между собой. Так, например, оказалось, что процесс формирования брызг крови при огнестрельном ранении в математическом отношении аналогичен ядерному взрыву и некоторым природным явлениям.

Олег Лищук

N+1

Похожие новости:
Математик из Казахстана решил одну из семи проблем тысячелетия
Доктор физико-математических наук, профессор, академик НАН РК, директор Евразийского математического института ЕНУ им. Л.Н.Гумилева Мухтарбай Отелбаев повторил достижение Перельмана, опубликовав решение одной из семи сложнейших математических задач, названных «проблемами тысячелетия». Полная статья Отелбаева «Существование сильного решения ..
2014-01-10 2231 0 Наука и образование
0
Кудрин: в Петербурге зарыты 5 или 10 Сколково
В Петербурге можно открыть «5 или 10» научных центров, которые в будущем могут стать местным Сколково. Об этом на заседании экономического совета при правительстве Петербурга заявил декан факультета свободных искусств и наук СПбГУ, член совета Алексей Кудрин. Заседание ..
2013-12-18 1069 0 Наука и образование
0
Курчатовский институт, или Серый кардинал атаки на РАН
Истоком Курчатовского института была знаменитая Лаборатория № 2 Академии наук СССР, открытая в 1943 году для создания советского ядерного оружия. Заведовал ею легендарный русский физик Игорь Курчатов, в чью честь был и назван развившийся из лаборатории Институт атомной энергии. Коллективом Курчатовского ..
2013-09-19 2120 0 Наука и образование
0
На программу развития Сколково выделено 502 млрд
На государственную подпрограмму «Создание и развитие инновационного центра «Сколково» до 2020 года выделено 502 млрд рублей, из них бюджетные средства - 135,6 млрд рублей, сообщил в четверг министр экономического развития России Алексей Улюкаев. «Финансирование подпрограммы составит 502 миллиарда рублей, из которых ..
2013-08-1 1286 0 Наука и образование
0
Ученые на встрече в Москве рассказали о физике будущего
Научное ток-шоу «Физика будущего» прошло в МИА «Россия сегодня» и собрало ведущих российских ученых. Первый тематический раунд был посвящен ядерной физике. Руководитель лаборатории экспериментальной ядерной физики НИЯУ «МИФИ» Юрий Ефременко рассказал о свойствах нейтрино. При этом он подробно ..
2015-04-28 1348 0 Наука и образование
0
Правительство пообещало научить математике всех детей
В базовых математических знаниях всех школьников будут отсутствовать пробелы, декларируется в концепции математического образования. Концепция была утверждена правительством 24 декабря, сообщили «Ленте.ру» в пресс-службе Московского педагогического государственного университета. Ректор МПГУ Алексей Семенов координировал разработку ..
2013-12-27 1099 0 Наука и образование
0
Смысл модернизации образования и науки
Специфика научно-образовательной сферы заключается в том, что, реформируя и рационализируя институты науки и образования, никому пока не удавалось административно «ускорить» созревание интеллекта нации без создания условий и атмосферы, благоприятствующих получению и передаче нового знания. Административное реформирование, не обеспечивающее ..
2013-11-8 1342 3 Наука и образование
0
Объявлены лучшие ВУЗы РФ
На днях были объявлены лидеры рейтинга Международного совета по повышению конкурентоспособности ведущих университетов РФ. Ими стали: столичная Высшая школа экономики, Санкт-Петербургский университет информационных технологий, механики и оптики, а также два ВУЗа из Томска - Томский политехнический и Томский государственный университеты. Для ..
2015-03-24 1393 0 Наука и образование
1
Создателей МКС предложили выдвинуть на Нобелевскую премию мира
Лауреат Нобелевской премии мира за 2007 год и бывший вице-президент США Альберт Гор обратился в Роскосмос с предложением выдвинуть на премию мира создателей Международной космической станции (МКС), сообщил вице-президент РАН Лев Зеленый, выступая на президиуме Российской академии наук. «В Роскосмос обратился Эл Гор с предложением ..
2014-01-21 1152 0 Наука и образование
0
Фортов готов возглавить Агентство научных организаций
Действующий президент Российской академии наук Владимир Фортов готов возглавить Федеральное агентство научных организаций, которому в результате реформы планируется передать нынешние полномочия президиума РАН. Об этом академик заявил, выступая в эфире телеканала «Россия 24». Владимир ..
2013-10-4 1113 0 Наука и образование
0
600 ученых против срока давности для диссертаций
Более 600 ученых подписались под требованием Общества научных работников (ОНР) отменить «срок давности» для списанных диссертаций. Список подписантов, как и текст заявления, доступен на сайте ОНР. Ученые просят отменить положение, согласно которому лишить степени человека, недобросовестно ее получившего, можно только ..
2014-01-22 1504 0 Наука и образование
0
Лауреатом премии Абеля стал российский академик Яков Синай
Лауреатом математической премии Абеля в 2014 году стал академик РАН Яков Синай, сотрудник Принстонского университета и Института теоретической физики имени Ландау. Об этом сообщается в пресс-релизе, опубликованном на сайте премии. Награда присуждена ученому «за фундаментальный вклад в изучение ..
2014-03-27 1284 0 Наука и образование
0
За РАН оставили проведение фундаментальных исследований
Законопроект о реорганизации РАН предусматривает сохранение Академией функций по проведению фундаментальных и поисково-научных исследований, следует из подготовленных межфракционной рабочей группой Госдумы поправок. В поправках отмечается, что в числе основных задач РАН находится «проведение фундаментальных и поисковых научных исследований, финансируемых за счет ..
2013-09-18 1263 0 Наука и образование
0
Физиков из РФ отказались пускать в американские лаборатории
Российским физикам закрыли доступ в ряд лабораторий, которые находятся в ведении министерства энергетики США. Об этом сообщает в пятницу, 11 апреля, «Коммерсантъ». В число американских научных центров, которым отныне запрещено сотрудничество с исследователями из России, вошла и занимающаяся исследованиями в области ..
2014-04-11 1151 0 Наука и образование
0
Рейтинг систем высшего образования
Рейтинг U21 национальных систем высшего образования 2013 спонсируется глобальной сетью Universitas 21 и осуществляется Институтом прикладной экономики и социальных исследований Университета Мельбурна. Рейтинг национальных систем высшего образования U21 2013 года сохраняет методологию, использованную в 2012 году. Двадцать ..
2013-10-6 1485 0 Наука и образование
0