Вчені виявили нове джерело енергії в клітинах, здатне активувати нейрони
Дослідники з Університету Х’юстона та Ратгерського університету зробили захопливе відкриття: наші клітини можуть генерувати електричний заряд із власних механічних коливань. Це явище, відоме як флексоеелектричність (flexoelectricity), дозволяє перетворювати механічну деформацію на електричні сигнали — і, як виявилося, ці сигнали достатні, щоб активувати нейрони.
Як працює флексоеелектричність у клітинах
Клітинні мембрани постійно піддаються наномасштабним коливанням через рух молекул та активність білків. Згідно з дослідженням, ці коливання можуть створювати близько 90 мілівольт, що достатньо для запуску нейронів. Науковці пояснюють, що коли ці рухи поєднуються з електромеханічними властивостями флексоеелектричності, вони здатні генерувати трансмембранну напругу та навіть стимулювати транспорт іонів.
«Живі клітини постійно перебувають у стані динаміки. Ми показали, що ці активні коливання разом із флексоеелектричністю можуть виробляти електрику і навіть підтримувати роботу нейронів», — зазначають автори дослідження, опублікованого в журналі PNAS Nexus.
Від теорії до практики
Професор Прадеп Шарма з Університету Х’юстона, який очолював дослідження, багато років вивчав флексоеелектричність у штучних системах, таких як м’які роботи, медичні пристрої та автономні сенсори. Нагадаємо, що схоже явище — піезоелектричність — дозволяє матеріалам генерувати електричний заряд під механічним тиском і використовується в смартфонах, ультразвукових сенсорах та інших технологіях.
Флексоеелектричність на нанорівні дозволяє матеріалам поводитися як пієзоелектрики, і, як показало нове дослідження, клітинні мембрани створюють ідеальні умови для цього явища. Енергія, що виникає у мембранах, не компенсується повністю завдяки активності білків та гідролізу АТФ, що робить мембрани постійним джерелом біоелектрики.
Значення для науки та технологій
Відкриття відкриває нові перспективи для взаємодії механічної енергії та біоелектрики, що може стати основою для біо-натхненних обчислювальних платформ, зокрема нейроморфного комп’ютингу.
«Дослідження електромеханічної динаміки у нейронних мережах може стати мостом між молекулярною флексоеелектричністю та складною обробкою інформації, що допоможе краще зрозуміти роботу мозку та створювати нові біо-натхненні обчислювальні матеріали», — зазначають автори.
Це відкриття показує, що клітини людини використовують набагато більше джерел енергії, ніж ми могли уявити, і потенційно може змінити наше розуміння мозку, нейронів і енергетики живих систем.