Живі клітини можуть бути значно «електричнішими», ніж здавалося раніше. Нове теоретичне дослідження припускає, що самі клітинні мембрани здатні генерувати електричні сигнали завдяки своїм постійним мікроскопічним рухам. Такі сигнали можуть відігравати важливу роль у тому, як клітини сприймають навколишнє середовище та обмінюються інформацією — навіть без участі нервової системи.
У центрі роботи — клітинна мембрана, тонкий і гнучкий шар, який відокремлює внутрішній вміст клітини від зовнішнього світу. Хоча її часто уявляють як пасивну оболонку, насправді мембрана постійно коливається, згинається та змінює форму. Ці рухи виникають через активні процеси всередині клітини, зокрема через роботу білків і хімічні реакції, що забезпечують клітину енергією.
Дослідницька група під керівництвом Прадипа Шарми запропонувала математичну модель, яка пов’язує біологічну активність із базовими законами фізики. Вчені зосередилися на явищі, відомому як флексоелектричність. Воно полягає в тому, що деформація матеріалу може створювати електричний заряд. У випадку клітин це означає, що згинання мембрани здатне породжувати напругу.
Розрахунки показали, що напруга між внутрішньою та зовнішньою сторонами мембрани може сягати до 90 мілівольт. Це співмірно з електричними імпульсами, які виникають у нейронах під час передавання сигналів у мозку. Ба більше, такі коливання можуть відбуватися за мілісекунди — у часових масштабах, характерних для нервових імпульсів. Це наштовхує на думку, що подібні фізичні механізми можуть лежати в основі різних форм клітинної електричної активності.
Ще один важливий висновок стосується руху іонів. Іони — це заряджені частинки, від яких залежить робота клітин і підтримання внутрішнього балансу. Зазвичай вони рухаються за градієнтом концентрації, з області більшої кількості в область меншої. Проте модель показує, що електричні сигнали, породжені коливаннями мембрани, здатні змушувати іони рухатися у протилежному напрямку. Такий ефект залежить від пружності мембрани та її електричних властивостей.
Автори вважають, що ці принципи можна застосувати не лише до окремих клітин, а й до цілих тканин, де узгоджена активність багатьох мембран може створювати колективні електричні ефекти. У перспективі це може допомогти краще зрозуміти роботу органів чуття, механізми нейронної активності та навіть надихнути на створення нових матеріалів, які імітують «розумну» поведінку живих систем. Джерело