Nyligen genomförda studier har visat att inom celler av både jäst och bakterier, diffusionshastigheterna för RNA -proteiner - komplexa molekyler som förmedlar viktig information genom cellen - fördelas i karakteristiska exponentiella mönster. Som det visar sig, dessa mönster visar högsta möjliga grad av störning, eller 'entropi', av alla möjliga diffusionsprocesser inom cellen.

I ny forskning publicerad i European Physical Journal B , Yuichi Itto på Aichi Institute of Technology i Japan undersöker detta beteende ytterligare genom att zooma in för att studera lokala fluktuationer i spridningshastigheter av RNA proteiner. Genom att associera dessa småskaliga diffusionshastigheter med tidsvarierande värden för entropi, han finner att förändringshastigheterna för entropi i vissa tidsintervall är större i områden med högre RNA-diffusionshastigheter.

Ittos arbete ger nya insikter om de komplexa biokemiska processer som pågår inuti celler. Detta arbete skulle kunna göra det möjligt för forskare att sätta mer rigorösa matematiska begränsningar på hur de fungerar. Han visar också att den diffusiva dynamiken hos RNA är analog med termodynamiska beteenden i större system. Hans beräkningar antyder att skillnaderna i tidsvarierande entropi i olika delar av en cell är direkt jämförbara med de tidsvarierande skillnaderna i temperatur som är ett resultat av värmeflödet genom termiska system. Itto härledde dessa beteenden genom att använda en serie matematiska ekvationer. Dessa relaterar RNA-diffusionshastigheter på små skalor med deras efterföljande diffusionsvarierande entropihastigheter.

Tack vare detta tillvägagångssätt, han har nu framgångsrikt härlett de karakteristiska exponentiella mönstren för RNA-diffusionshastigheter, med utgångspunkt från grundläggande matematik. För första gången, hans fynd stöder tidigare observationer att inom jäst- och bakterieceller, RNA-diffusion representerar den maximala möjliga fördelningen av entropi.