微小的人體細胞可以和巨大的星球相比嗎?最新研究發現,人體細胞和中子星有類似的結構特點,類似多層室內停車場。科學家對宏觀與微觀之間存在的微妙關係感到十分驚訝。

據美國加州大學聖塔芭芭拉分校(UCSB)近日報道,該校軟凝聚態物質物理學家格里格・胡伯(Greg Huber)發現,人體細胞和中子星的組成都有一種板層結構特點。

板層結構

胡伯等人曾於2014年觀察到,對於人體細胞內一種名為「內質網」的微小結構(細胞器),存在像多層泊車樓那樣的螺旋分佈特點,將構成內質網的板層聯通起來。胡伯等人稱這種結構形態為「寺崎斜坡」(Terasaki ramps)。

胡伯一開始以為,「寺崎斜坡」僅僅存在於類似細胞內部這樣的軟性物質之中。但是,當他看到印第安納大學核物理學家查理斯・霍羅維茲(Charles Horowitz)分析的中子星內部形狀特徵時,改變了他以前的看法。

對比圖:細胞中的結構(左)與中子星內部構造特點(右)。(UCSB網頁擷圖)
對比圖:細胞中的結構(左)與中子星內部構造特點(右)。(UCSB網頁擷圖)
對比圖:細胞中的結構(左)與中子星內部構造特點(右)。(UCSB網頁擷圖)

霍羅維茲所見的中子星「核麵片」( nuclear pasta)結構和「寺崎斜坡」幾乎一樣。

中子星是太空中一種相當獨特的星體,它們是宇宙中體積最小的恆星,卻具有大得令人難以置信的密度。一顆中子星的質量可能是太陽的二倍,但是它的直徑只有20公里,這種密度相當於把我們的地球壓縮成直徑僅為20米的球。

細胞核(圖中暗色部份)與其周圍結構(主要為內質網)的模式圖。(視像擷圖)
細胞核(圖中暗色部份)與其周圍結構(主要為內質網)的模式圖。(視像擷圖)
細胞核(圖中暗色部份)與其周圍結構(主要為內質網)的模式圖。(視像擷圖)

宏觀與微觀之異同

胡伯將這個驚奇的發現告訴霍羅維茲(暱稱「查克」)。「我給查克打電話,問他是否知道我們在細胞中也看到這些結構,並已經為這種結構提出了一個模型。」

星球和細胞的差異之處當然是在大小規模方面。中子星是人體細胞的一百萬倍大。但令人驚訝的是,巨大的中子星竟然和微小得只能用顯微鏡觀察的細胞有相似的結構特點。

細胞內部結構模式圖。(視像擷圖)
細胞內部結構模式圖。(視像擷圖)
細胞內部結構模式圖。(視像擷圖)

胡伯表示,這說明我們對物質的結構組成尚有很多不明白的地方。雖然人們已經知道,組成中子星的質子和中子之間以強大的核力和電磁力結合在一起,但是僅這些知識是遠遠不夠的,還不了解這些粒子之間的其它相互作用情況。

霍羅維茲也非常感興趣。他說:「在這種截然不同的系統中看到非常相似的形狀,說明系統的形狀決定其能量。」而且這是普遍存在的一種現象。◇