Живые клетки могут генерировать электричество из движения
Новая теоретическая модель предполагает, что активные молекулярные процессы, изгибающие клеточную мембрану, способны генерировать электрические сигналы, сравнимые с нейронными, и активно транспортировать ионы, что объясняет фундаментальные биологические функции
Short Summary
Ученые разработали теоретическую модель, объясняющую, как живые клетки могут самостоятельно генерировать электричество через механизм флексоэлектричества, вызванный микроскопическими движениями клеточной мембраны. Активные биологические процессы внутри клетки, такие как гидролиз АТФ, постоянно деформируют и изгибают мембрану. Согласно модели, эти механические колебания создают разность потенциалов между внутренней и внешней сторонами мембраны, достигающую значений до 90 мВ, что сопоставимо с потенциалом действия нейронов.
Ключевым предсказанием модели является способность этих мембранных флуктуаций не просто создавать напряжение, но и активно транспортировать ионы против их естественных электрохимических градиентов. Направление и величина этого потока зависят от таких свойств мембраны, как ее эластичность и чувствительность к электрическому полю. Это открывает физическое объяснение для фундаментальных клеточных процессов, таких как передача сигналов и поддержание ионного баланса.
Предложенный механизм может лежать в основе сенсорного восприятия, генерации нервных импульсов и даже внутриклеточного энергетического обмена. Расширение этой модели на ткани может объяснить, как координированная активность множества клеток формирует крупномасштабные электрические паттерны. Работа также прокладывает мост между нейронаукой и материаловедением, вдохновляя на создание биоинспирированных «физически интеллектуальных» материалов, имитирующих электрическое поведение живых систем.
Генерация напряжения через флексоэлектричество
Активные молекулярные процессы (например, гидролиз АТФ) вызывают механические колебания клеточной мембраны, что приводит к возникновению разности потенциалов (до 90 мВ) благодаря флексоэлектрическому эффекту
Сравнимость с нейронными сигналами
Величина и временные характеристики генерируемого напряжения (миллисекунды) сопоставимы с потенциалом действия нейронов, что указывает на возможный общий физический механизм электрической сигнализации в живых системах
Активный транспорт ионов против градиента
Модель предсказывает, что флуктуации мембраны способны направленно перемещать ионы вопреки их электрохимическим градиентам, что является энергозатратным процессом, обычно требующим специализированных насосов
Фундамент для биоинспирированных материалов
Понимание этого механизма связывает нейробиологию с материаловедением, открывая путь к созданию новых «умных» материалов, способных имитировать электрическое поведение живых тканей и клеток
Text generated using AI
