علماء ألمان يقترحون قانوناً رابعاً للديناميكا الحرارية لتفسير سلوك الأنظمة الحية

برلين-سانا: يرى فيزيائيون ألمان أن القوانين المعروفة للديناميكا الحرارية قد لا تكون كافية لوصف الأنظمة البيولوجية المعقدة، مما يستدعي تطوير قانون رابع جديد يهدف إلى تفسير سلوك الحياة بوصفها نظاماً ديناميكياً بعيداً عن حالة التوازن الفيزيائي.

وذكرت مجلة نيوساينتست، المتخصصة في الاكتشافات والأبحاث العلمية، أن باحثين من جامعة دريسدن للتكنولوجيا في ألمانيا توصلوا، من خلال دراسة معمقة لسلوك الخلايا الحية، إلى مؤشرات علمية تؤكد أن الأدوات التقليدية للديناميكا الحرارية لا تستطيع تفسير الخصائص الفيزيائية للأنظمة البيولوجية بدقة كافية.

وأوضح الباحثون أن الديناميكا الحرارية الكلاسيكية تعتمد على مفاهيم أساسية مثل الحرارة والإنتروبيا لقياس مدى ابتعاد الأنظمة عن التوازن. إلا أن الخلايا الحية تختلف جوهرياً عن الأنظمة غير الحية؛ فهي مليئة بجزيئات تستهلك الطاقة بشكل مستمر، وتمتلك ما يمكن وصفه بـ "نقطة ضبط داخلية" تنظم سلوكها وتحافظ على استقرارها الوظيفي.

ولفهم هذه الاختلافات الجوهرية، أجرى الباحثان ن. ناريندر وإليزابيث فيشر- ريدريش تجارب دقيقة على خلايا /هيلا/ البشرية. حيث قاموا أولاً بإيقاف انقسام الخلايا كيميائياً، ثم استخدموا مجهر القوة الذرية لقياس التقلبات التي تحدث في أغشيتها الخارجية أثناء تعطيل بعض العمليات الخلوية الحيوية.

وأظهرت النتائج أن المفاهيم التقليدية، مثل درجة الحرارة الفعالة، لا تكفي لوصف حالة اللاتوازن المعقدة في الأنظمة الحية. في المقابل، تبين أن خاصية فيزيائية تُعرف باسم "لا تماثل انعكاس الزمن" أكثر دقة وفعالية في قياس مدى ابتعاد الخلايا عن التوازن. هذه الخاصية تعكس الفرق بين سير العمليات البيولوجية إلى الأمام أو إلى الخلف زمنياً، وهي مرتبطة ارتباطاً وثيقاً بالوظائف الأساسية للحياة.

تجدر الإشارة إلى أن قوانين الديناميكا الحرارية تُعد من الأسس العلمية الراسخة التي توضح سلوك الطاقة والحرارة في الأنظمة الفيزيائية، وتحدد كيفية انتقال الحرارة وارتفاع الإنتروبيا (أو التبعثر) في النظام حتى يصل إلى حالة التوازن.