假设的物理学“恶魔”可能潜伏在我们的细胞内

早在 1867 年，为了测试他对新兴科学的看法热力学物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦想象一个聪明的“恶魔”根据能量在两个容器之间分拣分子。

在 2023 年，可能已经发现了麦克斯韦虚构恶魔的一个不那么恶魔的版本。

根据瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）研究人员的一项新研究，嵌入细胞膜中的蛋白质称为ATP 结合盒 （ABC） 转运蛋白具有呼应麦克斯韦恶魔的特征，允许它们对基材进行分类。

事实上，这些ABC转运蛋白已经存在了数十亿年，几乎可以在每个生物体中找到。更重要的是，它们适合天然热力学定律.

事实证明，麦克斯韦在不知不觉中描述了生命的基石的一个基本方面。

“我们证明ABC是真正的麦克斯韦恶魔，”说Paolo De Los Rios，EPFL统计生物物理学实验室主任。

“麦克斯韦恶魔的测量，反馈和重置步骤，对能量的需求以及信息热力学方面的描述都是该模型的新兴特征。

麦克斯韦描述的恶魔控制着两个气体容器之间的一扇门，允许高能分子向一个方向移动，而较冷的分子向另一个方向移动，无视平衡，否则平衡会均匀它们的分布。

作为系统的一部分（以及神奇的小恶魔，他自己不依赖能量），恶魔会从产生的能量中产生能量温差从绝对没有。

答案是肯定的热力学定律 能量实际上不可能无中生有，因为需要工作来测量和记住粒子速度。

然而，像麦克斯韦盒子中的不同温度这样的差异在自然界中经常出现，例如细胞内外的不同分子浓度。

科学家有既往疑似像麦克斯韦恶魔这样的东西可能参与了与自然浓度梯度流一起运输分子的能量密集型过程。但这是第一次以让人想起麦克斯韦著名的思想实验的方式描述和建模这样一个系统的信息框架。

研究人员提出，细胞膜上的ABC转运蛋白以与麦克斯韦恶魔相同的方式控制分子流动，使用来自ATP（三磷酸腺苷）分子为该过程提供动力。

然后，转运蛋白的生化结构根据被转运分子的位置进行测量、反馈和重置，如上图所示。

这是一个重要的发现，因为它教会了我们更多关于细胞如何能够调节其环境和功能的知识。因为他们需要，通过管理分子的导入和导出，就像细胞门口的小恶魔一样。

虽然研究人员确实做了一些简化，以使他们的计算工作，但他们相信他们在研究论文中概述的内容可以应用于更复杂的系统 - 本质上广泛的系统。

“这种方法是理解这些系统原本复杂的生化回路的有用概念框架，”写研究人员在他们发表的论文中。

该研究已发表在通信物理.

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