Исследователи из Лондонского университета королевы Марии выдвинули необычную гипотезу, связывающую фундаментальные законы физики с самим существованием жизни. Их работа показывает, что мировые постоянные находятся в чрезвычайно узком диапазоне, который позволяет жидкостям течь так, как это необходимо для жизни клеток. Если бы эти константы изменились хотя бы на долю процента, вода, кровь и другие биологические жидкости могли бы вести себя настолько иначе, что сложные организмы никогда бы не возникли.
Статья, опубликованная в 2023 году в журнале Science Advances, развивает более ранние исследования физика Кости Траченко с коллегами, которые доказали прямую связь вязкости жидкостей с фундаментальными физическими постоянными. Это открытие установило нижний предел того, насколько «текучей» может быть жидкость. Новая работа вышла за рамки физики и обратилась к биологии, задавшись вопросом: не определяют ли те же самые законы, которые формируют космос, возможность функционирования клеток?
Жизнь на микроскопическом уровне зависит от движения: питательные вещества путешествуют внутри клеток, белки правильно сворачиваются, а молекулы диффундируют в водной среде. Всё это опирается на вязкость — свойство, определяющее, насколько легко жидкость течёт. По мнению учёных, Вселенная, похоже, работает в удивительно узком «биодружественном» коридоре, где вязкость и диффузия остаются пригодными для жизни, и изменение физических констант всего на несколько процентов может сделать жидкости либо слишком густыми, либо слишком жидкими. Интересно, что все известные науке формы жизни используют воду в качестве основного растворителя, чья вязкость составляет около одного миллипаскаля-секунды при комнатной температуре. Даже экстремофилы, живущие в глубоководных источниках или под высоким давлением, адаптируются именно к водной среде: их внутренняя биохимия остаётся водной, а ферменты и мембраны лишь модифицируются для компенсации внешних условий, а не для работы с принципиально другой вязкостью. Примеров жизни на основе жидкостей с качественно иной вязкостью — например, сверхвязкого глицерина или жидкого метана — наука не знает.
«Понимание того, как вода течёт в чашке, оказывается тесно связано с грандиозной задачей расшифровки фундаментальных констант, — объясняет профессор Костя Траченко. — Жизненные процессы внутри и между живыми клетками требуют движения, и именно вязкость задает его свойства. Если фундаментальные постоянные изменятся, вязкость тоже изменится, что повлияет на жизнь в её нынешнем виде». Он добавляет, что если бы вода была такой же вязкой, как смола, жизнь в известной нам форме не существовала бы вовсе.
Команда подчёркивает, что последствия выходят далеко за пределы питьевой воды или океанов: человеческая кровь, клеточные жидкости и химия, питающая жизнь, — всё зависит от тщательно сбалансированных свойств течения. «Любое изменение фундаментальных констант, будь то увеличение или уменьшение, одинаково плохо для течения и для жизни, основанной на жидкостях, — отмечает Траченко. — Мы полагаем, что окно очень узкое: например, вязкость нашей крови стала бы слишком высокой или низкой для работы организма при изменении на несколько процентов таких констант, как постоянная Планка или заряд электрона».
Физики давно спорят о том, почему мировые постоянные кажутся столь тонко настроенными: малейшие отклонения могли бы помешать звёздам образовывать тяжёлые элементы, необходимые для планет и жизни. В этой дискуссии часто упоминается антропный принцип: его слабая версия утверждает, что мы наблюдаем Вселенную именно с такими константами потому, что только в ней возможно существование наблюдателей. Физики рассматривают это не как причинное объяснение в привычном смысле, а как селекционный эффект — мы просто не могли бы возникнуть во Вселенной с другими значениями. Более сильная версия гипотетически допускает мультивселенную, где разные комбинации констант реализуются случайно, и мы оказываемся в «пригодной» области. Необычность нового исследования в том, что оно переносит обсуждение с галактик на уровень живых клеток, показывая: даже если звёзды и тяжёлые элементы всё же сформировались бы, жизнь могла бы остаться невозможной, если бы жидкости не могли правильно течь внутри организмов. Это добавляет ещё один слой точной настройки — константы оказываются совместимы не только со Вселенной, полной материи, но и с биологическими системами, зависящими от тонкой динамики жидкостей.
С момента публикации учёные продолжают исследовать, как вязкость, диффузия и поведение жидкостей связаны с фундаментальной физикой. Последующие теоретические работы анализируют, как движение жидкости внутри клеток накладывает дополнительные ограничения на физические постоянные. Анализ 2023 года также выявил растущие доказательства того, что вязкость жидкостей может быть связана с универсальными физическими пределами, а не быть просто лабораторным свойством. Вместе эти исследования переосмысливают старую научную загадку, выходя за рамки космологии и физики частиц и задаваясь вопросом: не должны ли условия, необходимые для потока жидкостей и работы клеток, быть частью уравнения? И хотя идея остаётся высокотеоретической, она открывает неожиданный путь к размышлению о величайших вопросах науки, смещая фокус с чёрных дыр на то, что гораздо ближе к повседневной жизни — на простую способность жидкостей течь внутри живых клеток.
Источник: Scientists make stunning discovery that could change our understanding of the Universe