Von DNA-Stranghelices bis hin zu Anordnungen von Proteinbausteinen folgen die Wendungen der Biochemie oft einem überraschend konsistenten Trend zur Links- und Rechtshändigkeit.Besitzen als ausweichen.
Eine aktuelle Studie, die eine einfache, auf Dreiecken basierende Formtesselierung beinhaltet, könnte uns helfen, besser zu verstehen, warum die Biologie eine Richtung gegenüber der anderen bevorzugt.
Die von einem kleinen Forscherteam aus den USA und Deutschland durchgeführte Untersuchung zeigt, wie eine Kombination aus Ingenieurswesen und Grundlagenphysik hinter einigen der interessantesten Lebensstile stecken könnte.
„Das Universum sollte nicht eine Präferenz gegenüber einer anderen bevorzugen, sondern auf einer Skala nach der anderen entstehen dezentrale Präferenzen“, sagte Greg Hopper, Biophysiker am Biohub. sagen. „Chiralität kann sehr mysteriös sein.“
Wie bei der Handfläche nach oben kann auch die gespiegelte Version der chiralen Moleküle nicht perfekt übereinander ausgerichtet werden, egal wie man sie dreht. Obwohl also links- und rechtshändige Moleküle fast identisch aussehen, können sie völlig unterschiedliche Auswirkungen auf die reale Welt haben. Beispielsweise könnte die Verwendung der umgekehrten Version eines Moleküls in einem Medikament mehr schaden als helfen.
Es sind nicht nur organische Moleküle, die eine Richtung haben können. Metalle können chiral sein, wenn sie in biologischen Systemen synthetisiert werden. Schnecke Die Kalziumkarbonathülle ist spiralförmig Und das Mineralien in unseren Knochen Das sind nur zwei Beispiele.
Doch wie entstehen diese Mineralien Atom für Atom? in kristalline Spiralformen Es ist einfach eine weitere Kuriosität der Asymmetrie.
Um die Entstehung der Dezentralisierung, insbesondere im überfüllten Raum eines biologischen Systems, besser zu verstehen, wandten sich Huber und seine Kollegen der grundlegenden zweidimensionalen Spiralform zu, die aus einer Reihe von Dreiecken abgeleitet ist: einer asymmetrischen Form namens Sphinx.
Hopper und sein Team verwendeten Computermodelle, um den Einsatz der linken und rechten Hand beim Ausrichten der Sphinx-Kacheln zu testen und sie in unterschiedlicher Anzahl und Richtung zu verteilen. Als Forscher erklärt in ihrer ArbeitSie wollten „die statistische Mechanik erforschen und die inhärente chirale Natur dicht gepackter Sätze chiraler Kacheln aufdecken, die begrenzten räumlichen Grenzen unterliegen.“
Da sie asymmetrisch sind, können die Sphinx-Fliesen im Vergleich zu etwas so Einfachem wie einem Quadrat auf viele verschiedene Arten zusammengefügt werden. Beispielsweise können nur zwei Sphinx-Teile auf über 45 verschiedene Arten ein Paar bilden, während zwei Quadrate nur in einer Richtung zusammenkommen können.
Wenn die Anzahl der Sphinxen im Muster zunimmt, verbinden sie sich auf superexponentielle Weise, wodurch Forscher Zugang zu einem theoretisch großen Zufallssystem erhalten, mit dem sie arbeiten können.
Huber und seine Kollegen modellierten die Wechselwirkungen zwischen chiralen Sphinxen unter Bedingungen hoher und niedriger Energie, ähnlich der Temperatur. In Hochtemperaturregimen hatten die Spiralsphinxen keine Chance zur Interaktion, da sie sich an ihren Platz drängten und am Ende ein durcheinandergebrachtes Muster bildeten.
Als die Temperaturen sanken, wurden die Wechselwirkungen regelmäßiger und Sphinxen gleicher Form gruppierten sich zu Gruppen, die Sie im Diagramm oben sehen können.
Überraschenderweise neigen jedoch in Hochtemperatursystemen, die durch symmetrische Außengrenzen begrenzt sind – wie etwa in einem überfüllten Raum – auch Sphinxen mit der gleichen Exzentrizität dazu, sich zusammenzuballen, wie im Diagramm unten gezeigt.
Selbst in einem so einfachen Grundmodell der Dezentralisierung zeigt die Modellierung, dass aus dem Chaos Muster entstehen können und dass gleiche Moleküle sich scheinbar zu Gleichem hingezogen fühlen.
Die Entdeckung der Regeln hinter diesen geometrischen Mustern könnte Forschern in vielen Bereichen der Wissenschaft helfen und vielleicht auch verstehen … Struktur der äußeren Hülle von Viren Oder wie Möglicherweise wurde Magnetismus ausgelöst Eine Kettenreaktion, die dem Leben letztlich seine molekulare Asymmetrie verlieh.
Diese Forschung wurde veröffentlicht in Forschung zur körperlichen Überprüfung.
