Ученые раскрыли направление времени на клеточном уровне

Течение времени - это универсальная сторона жизни. Но что такое время, и почему мы воспринимаем его как нечто, имеющее направление, прошлое и будущее? В новом исследовании рассматривается взаимодействие между микроскопическими нейронами у саламандр, чтобы понять, как биологически формируется "стрела времени".

Второй закон термодинамики гласит, что все имеет тенденцию двигаться от порядка к беспорядку, этот процесс известен как энтропия, которая определяет стрелу времени. Более сильная стрела времени означает, что системе будет труднее вернуться в более упорядоченное состояние.

Используя ранее проведенные исследования на саламандрах, исследователи из Городского университета Нью-Йорка и Принстона изучили, как стрела времени представлена во взаимодействии между нейронами амфибий. Их исследование скоро будет опубликовано в журнале Physical Review Letters.

С одной стороны, несколько очевидно, что стрела времени должна быть биологически обусловлена. "Чтобы быть живым, практически, нужно иметь стрелу времени, потому что вы развиваетесь от младенца до взрослого человека, постоянно двигаетесь", - говорят авторы работы. Но не все так просто.

Ученые изучили результаты отдельного исследования 2015 года, в котором саламандры смотрели два разных фильма. В одном из них была показана сцена плавания рыбы, похожая на то, с чем саламандры могут столкнуться в повседневной жизни. Как и в реальном мире, видео имело четкую стрелку времени - то есть, если смотреть его в обратном направлении, то оно будет выглядеть иначе, чем при просмотре в прямом. Другое видео содержало только серый экран с черной горизонтальной полосой посередине экрана, которая быстро перемещалась вверх и вниз случайным, дрожащим образом. У этого видео не было очевидной стрелки времени. Главным вопросом для исследователей было, смогут ли они обнаружить признаки "локальной необратимости" во взаимодействиях между небольшими группами нейронов сетчатки саламандр в ответ на этот стимул.

Исследователи обнаружили, что взаимодействия между простыми парами нейронов в первую очередь определяли стрелу времени, независимо от того, какой фильм смотрели саламандры. Более того, авторы обнаружили более сильную стрелу времени для нейронов, когда саламандры смотрели видео с серым экраном и черной полосой - другими словами, видео без стрелы времени в его содержании вызывало большую стрелу времени у нейронов.

"Мы наивно полагали, что если стимул имеет более сильную стрелку времени, то это отобразится на сетчатке", - говорят авторы работы. "Но все оказалось наоборот. Вот почему это нас удивило". Исследователи не могут точно сказать, почему это так.