Предполагаемый «дьявол» физики, возможно, был обнаружен скрывающимся внутри наших клеток

В 1867 году, пытаясь проверить свои идеи о зарождающейся науке термодинамике, физик Джеймс Клерк Максвелл предположил, что Умный «дьявол». Сортируйте частицы между двумя контейнерами по их энергии.

В 2023 году, возможно, будет найдена менее демоническая версия вымышленного демона Максвелла.

Согласно новому исследованию, проведенному исследователями Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) в Швейцарии, белки, обнаруженные в клеточных мембранах, называются Транспортеры АТФ-связывающей кассеты (ABC) У них есть функции, имитирующие демона Максвелла, позволяющие им сортировать столбы.

Фактически, транспортеры ABC существуют уже миллиарды лет, и их можно найти почти в каждом живом организме. Более того, это соответствует природе. Законы термодинамики.

Оказывается, Максвелл непреднамеренно описал фундаментальный аспект жизни.

«Мы показали, что азбука — настоящие демоны Максвелла», Он говорит Пауло де лос Риос, руководитель лаборатории статистической биофизики EPFL.

«Измерение, обратная связь и сброс шагов демонов Максвелла, потребность в энергии и описание с точки зрения информационной термодинамики — все это новые особенности модели».

Демон, которого описал Максвелл, управлял дверью между двумя контейнерами с газом, позволяя энергичным молекулам идти в одном направлении, а более холодным молекулам — в другом, нарушая равновесие, которое уравновешивало бы их распределение.

Будучи частью системы (и волшебным маленьким демоном, который сам не полагается на энергию), демон будет создавать энергию из генерируемой энергии. разница температур Вообще ни от чего.

естественно Законы термодинамики гласят, что энергия не может возникнуть из ничего, поскольку для измерения и запоминания скорости частиц потребуются усилия.

Однако в природе часто наблюдаются несоответствия, такие как разные температуры в ящиках Максвелла, например, разные концентрации молекул внутри и снаружи клетки.

У ученых есть ранее подозреваемый Нечто вроде демонов Максвелла может быть вовлечено в энергоемкий процесс движения молекул против потока естественного градиента концентрации. Но это первый случай, когда информационная структура такой системы была описана и спроектирована таким образом, чтобы отсылать к знаменитому мысленному эксперименту Максвелла.

Исследователи предполагают, что транспортеры ABC на клеточных мембранах контролируют поток молекул точно так же, как демоны Максвелла, используя энергию АТФ (аденозинтрифосфат) частицы для запуска процесса.

Биохимический состав векторов затем масштабируется, вызывает обратную связь и сбрасывается в зависимости от положения транспортируемой молекулы, как показано на диаграмме выше.

Это важное открытие, поскольку оно учит нас большему тому, как клетки способны регулировать окружающую среду и действовать в соответствии со своими потребностями, управляя импортом и экспортом молекул, как маленький черт у двери клетки.

Хотя исследователи и сделали некоторые упрощения, чтобы их расчеты работали, они уверены, что то, что они показывают в своей статье, можно применить к более сложным системам, широко распространённым в природе.

«Этот подход служит полезной концептуальной основой для понимания сложных биохимических цепей этих систем». Он написал Исследователи в своей опубликованной статье.

Исследование опубликовано в Физика связи.