Toți cei care trăiesc și care nu trebuie să se supună legilor fizicii - inclusiv a doua lege a termodinamicii, care afirmă că entropia unui sistem izolat nu poate scădea. La prima vedere, organisme multicelulare foarte bine organizate există contrar legii „non-dezordine în scădere“, dar, de fapt, căldura rezultată crește entropia universului, iar a doua lege a termodinamicii nu este încălcat. Cu toate acestea, multe întrebări rămân în acest domeniu. Cât de multă căldură ar trebui să o dă o celulă spațiului cosmic pentru a compensa ordinea sa internă în termeni de termodinamică? Cât de strâns apropie celulele de limita stabilită de a doua lege a termodinamicii?
Jeremy Anglia, fizician la MIT, a modelat procesul de multiplicare al E. coli. Luând în considerare dispozitivul celular bacterian caracteristici de reproducere și creșterea ratei, om de știință calculează cantitatea minimă de căldură care E. coli ar trebui să aloce pentru mediul înconjurător, astfel încât să nu încalce a doua lege a termodinamicii. Valoarea reală de căldură a fost de aproximativ aceeași ordine ca și cea teoretică: bacterie „încălzește“ mediul în toate cele șase ori mai puternic decât spune termodinamicii. Pentru sistemul biologic, aceasta este o eficiență destul de ridicată.
Anglia a folosit metoda mecanică statistică (calculul probabilităților diferitelor poziții relative ale atomilor și moleculelor) pentru a simula un proces de reproducere de 20 de minute E. coli, bacterie în care consumă o mulțime de produse alimentare, îl convertește în putere și aranjează reconstruiește molecula (inclusiv proteinele și ADN), și, eventual, se divide în două celule.
Pentru a investiga termodinamica acestui proces, Anglia a decis sa simuleze situatia inversa, atunci cand doua celule se imbina intr-una. Acest eveniment este atât de puțin probabil ca în natură, cel mai probabil, să nu se întâmple niciodată. Numeric, această probabilitate poate fi estimată prin calcularea probabilităților de inversare a tuturor reacțiilor chimice necesare pentru divizarea unei celule bacteriene. Cele mai frecvente dintre aceste reacții sunt formarea legăturilor peptidice. Probabilitatea ca această reacție să se desfășoare în mod spontan în direcția opusă este atât de mică încât, într-o celulă "veșnică" abstractă, acest eveniment va avea loc doar o dată la 600 de ani. O ruptură spontană a tuturor celor 1,6 miliarde de legături peptidice prezente în celula bacteriană ar trebui să aștepte mult mai mult. Se calculează energia necesară pentru a rupe aceste legături, iar timpul în care acest proces ar putea merge în mod spontan, Anglia a estimat parametrii teoretice și procesul invers - diviziunea celulară, pentru a forma un set complet de legături peptidice.
S-a dovedit că valoarea calculată este puțin mai mare decât o sută din cantitatea de căldură pe care bacteria o eliberează în spațiul înconjurător pe unitatea de timp. bacterii ar putea multiplica și, teoretic, mai rapid, dar Anglia consideră că sunt puțin probabil să evolueze, creșterea eficienței reproducerii - în bacterii, există multe alte „sarcini intracelulare.“ Dar pentru experții din domeniul biologiei sintetice, calculele lui Ingland pot fi foarte interesante: ele demonstrează posibilitatea creării de microorganisme care se împart mai repede decât omologii lor nemodificați.
Anglia consideră că activitatea sa este, de asemenea, indirect, subliniază motivele pentru care a fost ADN-ul, ARN-ul nu a evoluat ca un purtător de informații genetice: link-uri in ADN-ul mai durabil și mai puțin predispuse la rupere spontană. Pe de altă parte, "bariera termodinamică" pentru organismele care se bazează pe ARN este mai mică. Ele se pot reproduce mai repede, evoluează și utilizează toate resursele disponibile.
Articole similare
-
Extragerea mineralelor pe alte planete, revista Popular Mechanics
-
Stingerea lui Khankishiyev despre Kazan ca o știință și artă, o revistă mecanică populară
Trimiteți-le prietenilor: