L'entropia è spesso associata al disordine e al caos, ma in biologia è correlata all'efficienza energetica ed è strettamente legata al metabolismo, l'insieme di reazioni chimiche che sostengono la vita.
Un gruppo di ricerca internazionale guidato dalle Università di Barcellona e Padova, con la partecipazione dell'Università di Göttingen e delle Università Complutense e Francisco de Vitoria di Madrid, ha ora sviluppato una nuova metodologia per la misurazione della produzione di entropia su scala nanometrica. /P>
Il nuovo approccio ha permesso agli scienziati di misurare il flusso di calore, noto come tasso di produzione di entropia, dei singoli globuli rossi. La ricerca è stata pubblicata su Science .
I ricercatori hanno utilizzato un nuovo modo per misurare il flusso di calore proveniente dalle forze metaboliche attive all'interno dei globuli rossi quantificando la crescente entropia semplicemente osservando le fluttuazioni continue e irregolari della membrana dei globuli rossi.
Per garantire che questo approccio funzioni, i ricercatori hanno anche creato approcci più complessi, in cui piccole particelle di dimensioni micrometriche venivano incollate alla membrana e potevano essere utilizzate non solo per misurare le fluttuazioni della membrana, ma anche per applicare minuscole forze create semplicemente illuminando le particelle con la luce.
Tali particelle colloidali – piccole particelle solide sospese in una fase fluida – possono essere viste come un modo eccellente per misurare e anche manipolare il movimento della membrana delle cellule viventi. Per i loro calcoli utilizzando veri globuli rossi, i ricercatori hanno utilizzato approcci sperimentali basati sulla manipolazione ottica diretta della membrana, ma anche sul rilevamento ottico e sulla microscopia con imaging live ultraveloce.
I ricercatori dell'Università di Göttingen hanno contribuito conducendo esperimenti sensibili e precisi. "Abbiamo sviluppato un esperimento che utilizzava i fotoni, con questo intendiamo la luce, per trattenere le cellule così delicatamente che il delicato flusso di calore non veniva disturbato dalla luce, ma era comunque abbastanza forte da misurarne gli effetti", afferma il professor Timo Betz, dell'Università Istituto di biofisica di Gottinga.
"Il calore è un sintomo della salute delle cellule e questa scoperta potrebbe aprire nuovi modi per determinare la salute dei tessuti", spiega il ricercatore capo, il professor Felix Ritort, dell'Istituto di nanoscienza e nanotecnologia dell'Università di Barcellona. E aggiunge:"Caratterizzare la produzione di entropia nei sistemi viventi è fondamentale per comprendere l'efficienza dei processi di conversione dell'energia."
C’è un grande interesse nel misurare la produzione di entropia nei sistemi fisici e biologici perché sono rilevanti per tanti altri sistemi. "Questa svolta ha implicazioni di vasta portata per la nostra comprensione del metabolismo e del trasporto di energia nei sistemi viventi", afferma Betz.
"Inoltre, questi risultati potrebbero rivelarsi utili per applicazioni nel campo della salute e della medicina o guidare la strada verso lo sviluppo di nuovi materiali intelligenti che sfruttano un tasso di produzione di entropia controllato per creare una risposta a piccoli stimoli esterni."
I risultati sono pubblicati su Science .
Ulteriori informazioni: I. Di Terlizzi et al, Regola della somma della varianza per la produzione di entropia, Scienza (2024). DOI:10.1126/science.adh1823
Informazioni sul giornale: Scienza
Fornito dall'Università di Göttingen
