Μία διεθνής ομάδα φυσικών δημιούργησε μαθηματικά μοντέλα βιολογικών καταστάσεων χρησιμοποιώντας ενεργειακά κύματα με την ονομασία σολιτόνια, προκειμένου να ανακαλύψει το πώς οι πρώτες μορφές ζωής έκαναν το άλμα από τον αβιοτικό στο βιοτικό κόσμο.
«Το μοντέλο είναι ζωντανό. Ταλαντώνεται όταν δεν υπάρχει αρκετή ενέργεια ή ύλη, σαν να αναπνέει. Όταν σταματάει να διαπερνάει το σύστημα ενέργεια και ύλη, αυτό πεθαίνει», εξηγεί ο καθηγητής Νάιλ Αχμέντιεφ του Εθνικού Πανεπιστημίου Αυστραλίας.
«Εάν αυτές οι διαδικασίες συμβαίνουν σε απλούς σχηματισμούς όπως τα σολιτόνια, μπορούμε να φανταστούμε πώς οι πρώτες βασικές μορφές ζωής γεννήθηκαν στη φύση από μη ζωντανά στοιχεία, όπως το υδρογόνο και το οξυγόνο», πρόσθεσε.
Ο καθηγητής Αχμέντιεφ συνεργάστηκε με τον καθηγητή Χέλμουτ Μπραντ του Πανεπιστημίου Μπάιρωητ της Γερμανίας και τον καθηγητή Χοσέ Σότο-Κρέσπο του Ινστιτούτου Οπτικής της Ισπανίας για να αναπτύξουν το μαθηματικό μοντέλο, το οποίο δημοσιεύθηκε στην τελευταία έκδοση του περιοδικού Physics Letters A.
Το σύστημα βασίστηκε στη γενική εξίσωση Ginzburg–Landau, η οποία στην αρχική της μορφή ήταν ένα πιθανολογικό μοντέλο για την περιγραφή υπεραγωγών τύπου Ι χωρίς να εξετάζει τις μικροσκοπικές ιδιότητές τους, και αργότερα βρήκε χρήσεις στη σωματιδιακή φυσική.
Η ερευνητική ομάδα εφάρμοσε τη συγκεκριμένη εξίσωση σε ένα απλό σύστημα αντίδρασης-διάχυσης (RD) για τα σολιτόνια που δημιουργούνται λόγω της ισορροπίας μεταξύ κέρδους και απώλειας ενέργειας, και της ισορροπίας εισόδου και εξόδου ύλης στο σύστημα.
Σύμφωνα με τον Αχμεντίεφ, το μοντέλο σολιτονίων μπορεί να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε βασικές βιολογικές διαδικασίες. Το σολιτόνιο, το οποίο πρόκειται για ένα μονήρες ενεργειακό κύμα που δεν αλλάζει σχήμα με την πάροδο του χρόνου, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν μοντέλο για τη ζωή διότι επιδεικνύει τις απλούστερες και πιο απαραίτητες ζωτικές διαδικασίες.
Το μοντέλο αυτό μπορεί να εφαρμοστεί μελλοντικά και σε πιο σύνθετα βιολογικά συστήματα όπως η μεταφορά νευρικών και μυικών παλμών, οι διαδικασίες που συμβαίνουν εντός βιολογικών μεμβρανών, και άλλα παρόμοια φαινόμενα.
Η καλύτερη κατανόηση των σολιτονίων θα μας βοηθήσει με τη σειρά της να κατανοήσουμε καλύτερα το πώς λειτουργεί το ανθρώπινο σώμα.
«Σε θεμελιώδες επίπεδο, προσπαθούμε να καταλάβουμε πώς εμφανίστηκε η ζωή μέσω ιδιαίτερα απλών φυσικών διαδικασιών. Το συγκεκριμένο μοντέλο αποτελεί μία ισχυρή προσέγγιση που θα οδηγήσει στην ανάλυση πιο περίπλοκων καταστάσεων», δήλωσε ο Αχμέντιεφ.
