Скупчення частинок темної матерії - так звані дзеркальні мікрометеорити - теоретично здатні викликати мутації в нашій ДНК.
Теорія існування дзеркальної матерії з'явилася в середині 20-го століття. Фізики Цзундао Лі і Чжєньнін Янг з'ясували, що при слабких взаємодіях між частинками порушується просторова чітність. Під просторовою чітністю (P) розуміють властивість будь-якої величини змінювати або не змінювати знак при інверсії просторових координат.
Просторова парність зберігається в сильних і електромагнітних взаємодіях і не зберігається в слабких взаємодіях. Згідно з гіпотезою, висунутою фізиками, якби для кожної елементарної частинки, що існує в «нашому» світі, існувала своя дзеркальна частинка, це пояснювало б порушення «симетрії між правим і лівим». За дослідження порушення P-чіткості Лі і Янг отримали Нобелівську премію в 1957 році.
Через деякий час радянський фізик Лев Ландау припустив, що симетрію між правим і лівим, порушення якої спостерігається в слабких взаємодіях, можна відновити без дзеркальних частинок, якщо зберігається CP-парність (комбінована парність - твір зарядової і просторової чіткостей). Але експерименти показали, що CP-чітність теж не зберігається. Тоді радянські фізики Ігор Кобзарев, Лев Окунь і Ісаак Померанчук, розвиваючи ідеї Ландау, повернулися до гіпотези Лі і Янга про дзеркальні частинки і вдосконалили її. Терміни «дзеркальні частинки» і «дзеркальна речовина» вперше були введені саме в їх роботі.
По суті, дзеркальна матерія є однією з можливих форм темної матерії. Теорія передбачає, що дзеркальні частинки взаємодіють з матерією шляхом гравітації, а також змішування фотонів. Правда, ймовірність змішування «наших фотонів», переносників електромагнітної взаємодії, і дзеркальних фотонів дуже невелика. В результаті цього змішування дзеркальні електрони і протони купують звичайний електричний заряд - близько 10-9 від їх дзеркальних електричних зарядів.
"Кількість речовини у Всесвіті більша, ніж ми спостерігаємо. В існуванні темної матерії вже, напевно, ніхто не сумнівається, інша справа, що кандидати на місце частинок темної матерії поки не зареєстровані. Дзеркальна матерія - це ніби дзеркальний «аналог» електронів, протонів, фотонів, завдяки яким можна було б пояснити порушення симетрії між лівим і правим на мікроскопічному рівні. Наприклад, у нейтрино є тільки лівий стан, у разі існування дзеркальної матерії йому б відповідало не антинейтрино з правим станом, а праве "дзеркальне" нейтрино, і симетрія б зберігалася ", - пояснює доцент фізичного факультету Новосибірського державного університету Зураб Сілагадзе.
У 2012 році в журналі Physics Letters B вийшла стаття Кетрін Фріз (Katherine Freese) з Центру теоретичної фізики університету Мічигану і Крістофера Саваджа (Christopher Savage) зі Стокгольмського університету, в якій вони як частинки-кандидати темної матерії розглядають вімп (гіпотетично існуючу слабку масивну, що піддужу). Дослідники проводили розрахунки, виходячи з відомих характеристик вімпів, взявши за мішень тіло масою 70 кг, що складається в основному з атомів кисню, водню, вуглецю та азоту. Розрахунки показали, що найбільш ймовірно частинки темної матерії будуть стикатися з ядрами кисню і водню, і кількість зіткнень може досягати 100 тисяч на рік. Однак у роботі підкреслюється, що така взаємодія в цілому безпечна для людини, зокрема, тому що при зіткненнях виділяється порівняно невелика кількість енергії (близько 10 кЕв).
Зураб Сілагадза і випускниця НГУ Ольга Чащина, яка зараз працює в Політехнічній школі в Парижі, вирішили подивитися на питання ймовірності і наслідків зіткнення частинок темної матерії з організмом з іншого боку і досліджували досить екзотичний випадок - взаємодію скупчень дзеркальних частинок (дзеркальних мікрометеоритів) з ДНК.
Людська ДНК містить близько 1011 ядер. Для витіснення атомів органічних молекул мікрометеоритами у зв'язках ДНК досить дуже малої кількості енергії, всього в 0,1-10 еВ. За розрахунками фізиків, навіть при низькій ймовірності змішування один дзеркальний мікрометеорит при зустрічі з ДНК здатний при втраті своєї енергії привести в збуджений стан близько 100 нуклеотидів. Цього достатньо, щоб зв'язки в ланцюжку ДНК розірвалися і виникли множинні мутації.
Повністю результати опубліковані в новому номері Physics Letters B. За словами Зураба Сілагадзе, висновки, представлені в статті, виконуються за трьох умов: якщо існує дзеркальна матерія; якщо є змішування між дзеркальним фотоном і звичайним фотоном; якщо дзеркальний пил знаходиться в навколоземному просторі (швидкість дзеркальних мікрометеоритів при проходженні крізь земну атмосферу практично не зазнає змін і становить 11-70 км/с). Згідно з оцінками, через атмосферу проходить не більше 300 кг дзеркальних мікрометеоритів на рік.
Відомо, що злоякісні клітини в пухлинах містять тисячі випадкових мутацій, що виникають через пошкодження механізмів відновлення ділянок ДНК. Можливо, дзеркальні мікрометеорити - набагато більш небезпечні канцерогени, ніж інші природні джерела випромінювання.
Однак, зазначає Зураб Сілагадзе, людям не варто побоюватися бомбардувань дзеркальними мікрометеоритами - схоже, організм виявляється сильнішим цього. За його словами, "результати проведених нами розрахунків необов'язково означають, що зіткнення мікрометеоритів з людиною призводить до раку. Мутації відбуваються безперервно, і в організмів є захист, що розпізнає пошкоджені клітини і відновлює їх. Якщо життя на Землі існує вже мільярди років, значить, цей захист працює ".
З іншого боку, автори вказують, що множинні одночасні мутацій можуть призводити до еволюційного «стрибка», так що, можливо, в майбутньому буде доведена важлива роль дзеркальної матерії в рідкісних еволюційних подіях - якщо виявиться, що дзеркальна матерія дійсно існує.
За матеріалами Прес-служби Новосибірського державного університету