Wissenschaftler haben eine Entdeckung gemacht, die unser Verständnis des Universums verändern könnte

Jul 29, 2023

Von der Queen Mary University of London, 30. August 2023

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass fundamentale Konstanten, die früher als unveränderlich galten, einen Bereich haben, in dem sie variieren können. Diese Variabilität ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der notwendigen Viskosität für Lebensprozesse in Zellen.

Researchers from Queen Mary University of London have made a discovery that could change our understanding of the universe. In their study published on August 23 in the journal Science Advances<em>Science Advances</em> is a peer-reviewed, open-access scientific journal that is published by the American Association for the Advancement of Science (AAAS). It was launched in 2015 and covers a wide range of topics in the natural sciences, including biology, chemistry, earth and environmental sciences, materials science, and physics." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Wissenschaftliche Fortschritte zeigen zum ersten Mal, dass es einen Bereich gibt, in dem grundlegende Konstanten variieren können, die die Viskosität ermöglichen, die für das Ablaufen von Lebensprozessen innerhalb und zwischen lebenden Zellen erforderlich ist. Dies ist ein wichtiger Teil des Puzzles, um zu bestimmen, woher diese Konstanten kommen und wie sie sich auf das Leben, wie wir es kennen, auswirken.

Im Jahr 2020 entdeckte dasselbe Team, dass die Viskosität von Flüssigkeiten durch grundlegende physikalische Konstanten bestimmt wird, die eine Grenze dafür setzen, wie flüssig eine Flüssigkeit sein kann. Nun wird dieses Ergebnis in den Bereich der Lebenswissenschaften übertragen.

Grundlegende physikalische Konstanten prägen das Gefüge des Universums, in dem wir leben. Physikalische Konstanten sind Größen mit einem Wert, von dem allgemein angenommen wird, dass er sowohl universeller Natur ist als auch im Laufe der Zeit unverändert bleibt – zum Beispiel die Masse des Elektrons. Sie steuern Kernreaktionen und können zur Bildung lebenswichtiger molekularer Strukturen führen, ihr Ursprung ist jedoch unbekannt. Diese Forschung könnte Wissenschaftler der Bestimmung, woher diese Konstanten kommen, einen Schritt näher bringen.

Das Bild zeigt, wie grundlegende Naturkonstanten die grundlegende Untergrenze für die Flüssigkeitsviskosität festlegen. Bildnachweis: thehackneycollective.com

„Es stellt sich heraus, dass das Verständnis, wie Wasser in einem Becher fließt, eng mit der großen Herausforderung zusammenhängt, grundlegende Konstanten herauszufinden. Lebensprozesse in und zwischen lebenden Zellen erfordern Bewegung und es ist die Viskosität, die die Eigenschaften dieser Bewegung bestimmt. Wenn sich grundlegende Konstanten ändern, würde sich auch die Viskosität ändern und das Leben, wie wir es kennen, beeinflussen. Wäre Wasser beispielsweise so viskos wie Teer, gäbe es Leben in seiner jetzigen Form nicht oder gar nicht. Dies gilt über Wasser hinaus, sodass alle Lebensformen, die den flüssigen Zustand zum Funktionieren nutzen, betroffen wären.“

„Jede Änderung der Grundkonstanten, einschließlich einer Zunahme oder Abnahme, wäre gleichermaßen eine schlechte Nachricht für die Strömung und das Leben auf Flüssigkeitsbasis. Wir gehen davon aus, dass das Fenster ziemlich eng ist: Beispielsweise würde die Viskosität unseres Blutes zu dick oder zu dünn werden, damit der Körper funktioniert, wenn sich einige Grundkonstanten wie die Planck-Konstante oder die Elektronenladung nur um wenige Prozent ändern.“ sagte der Physikprofessor Kostya Trachenko.

Überraschenderweise wurde angenommen, dass die Grundkonstanten vor Milliarden von Jahren so angepasst wurden, dass schwere Kerne in Sternen entstehen, und damals gab es kein Leben, wie wir es heute kennen. Zu diesem Zeitpunkt bestand keine Notwendigkeit, diese Konstanten fein abzustimmen, um auch Milliarden von Jahren später zelluläres Leben zu ermöglichen, und dennoch erweisen sich diese Konstanten als biofreundlich für den Fluss in und zwischen lebenden Zellen.

Eine begleitende Vermutung besagt, dass mehrere Abstimmungen beteiligt gewesen sein könnten, was dann auf eine Ähnlichkeit mit der biologischen Evolution schließen lässt, bei der Merkmale unabhängig voneinander erworben wurden. Durch evolutionäre Mechanismen können grundlegende Konstanten das Ergebnis davon sein, dass die Natur zu nachhaltigen physischen Strukturen gelangt. Es bleibt abzuwarten, wie die Prinzipien der Evolution hilfreich sein können, um den Ursprung grundlegender Konstanten zu verstehen.

Referenz: „Constraints on fundamental physikalische Konstanten aus biofreundlicher Viskosität und Diffusion“ von Kostya Trachenko, 23. August 2023, Science Advances.DOI: 10.1126/sciadv.adh9024