Neutronensterne, Zellen Überall gibt's Parkhäuser

Lebewesen auf der Erde und weit entfernte Himmelskörper haben eine erstaunliche Gemeinsamkeit: parkhausähnliche Mini-Strukturen, die sowohl in Zellen als auch in Neutronensternen auftreten.

Ähnliche Strukturen in Zellen (links) und Neutronensternen (rechts)
UC Santa Barbara

Ähnliche Strukturen in Zellen (links) und Neutronensternen (rechts)


Wenn es um Strukturbildung geht, ist die Natur sehr vielseitig. Es gibt eckige Basaltsäulen, gestreifte Tierfelle, kugelförmige Planeten und Moleküle, die aussehen wie Fußbälle.

Nun haben Physiker der University of California in Santa Barbara eine verblüffende Übereinstimmung biologischer und physikalischer Strukturen entdeckt. Greg Huber und seine Kollegen hatten das sogenannte endoplasmatische Retikulum untersucht, ein aus Hohlräumen bestehendes Kanalsystem unmittelbar am Zellkern. Dort werden unter anderem Proteine gefaltet und transportiert.

Die untersuchte Struktur ähnle der eines Parkhauses, schreiben die Forscher im Fachblatt "Physical Review C". Mehrere Ebenen lägen dicht übereinander, miteinander verbunden seien sie durch rampenartige Übergänge - wie die Ebenen eines Parkhauses.

Fruchtbare Zusammenarbeit

Die Strukturen werden nach ihrem Entdecker, dem Zellbiologen Mark Terasaki, auch Terasaki-Rampen genannt und galten als einzigartig - zumindest glaubte das Huber. Bis ihm die Arbeit eines Astrophysikers in die Hände fiel.

Charles Horowitz von der Indiana University in Bloomington hatte gemeinsam mit Kollegen Strukturen im Innern von Neutronensternen simuliert. Das Ergebnis sah fast genauso aus wie die Terasaki-Rampen aus Zellen.

"Ich habe ihn gleich angerufen und gefragt, ob er weiß, dass wir diese Strukturen kennen und sogar ein Modell dafür haben", berichtet Huber. Man habe gemerkt, dass sich hier eine womöglich fruchtbare Zusammenarbeit ergeben könnte.

Nukleare Pasta

Die beiden untersuchten Systeme könnten unterschiedlicher kaum sein. Neutronensterne sind das Endstadium massereicher Sonnen. Sie sind nur wenige Kilometer groß und haben eine extrem hohe Dichte. Ihr Inneres besteht fast ausschließlich aus frei beweglichen Neutronen und Protonen, nur am Rand befindet sich eine feste Kruste.

Direkt untersuchen können Physiker Neutronensterne nicht. Sie müssen die starken Kernkräfte und extremen elektromagnetischen Kräfte vielmehr simulieren. Nukleare Pasta nennen Physiker die Strukturen, die sie dabei beobachten. Dazu gehören Röhren (Spaghetti), parallele Flächen (Lasagne) und spiralförmige Anordnungen wie die Terasaki-Rampen.

Das endoplasmatische Retikulum hingegen ist ein biochemisches System. Die dünnen Membranen hielten zusammen, weil das System einen Zustand minimaler Energie anstrebe, wie Huber erklärt.

Universeller Zusammenhang?

Auch in der Größenordnung unterscheiden sich die beiden Parkhaus-Strukturen. Während die Ebenen in Neutronensternen in der Größenordnung von Femtometern liegen (10-15 Meter), sind die Strukturen in Zellen um den Faktor eine Million größer, aber immer noch im Nanometerbereich (10-9 Meter = 0,000001 Millimeter).

Ähnliche Formen in völlig verschiedenen Systemen legten nahe, dass es einen universellen Zusammenhang von Energie und Form gebe, sagte Horowitz, Mitautor der neuen Veröffentlichung. Die Forscher wollen die beiden unterschiedlichen zugrundeliegenden Modelle nun noch eingehender untersuchen.

Doppelt hält besser

hda

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