科學家們對活細胞如何自行發電提出了一種新的理論解釋。這個概念的核心是細胞膜。它是一層薄而柔韌的層，包圍著每個活細胞並控制進出的物質。這種膜不是靜態屏障，而是不斷移動並在很小的範圍內重塑自身。新框架表明，微小的運動實際上可以引起電效應。
這項研究由普拉迪普·夏爾馬 (Pradeep Sharma) 和他的同事領導。他們創建數學模型來探索細胞內的物理力如何與生物活動相互作用。他們的工作重點是如何將分子運動轉化為跨膜的電信號。
導致膜移動的分子活動
每個細胞內的蛋白質一直在改變形狀。與其他分子相互作用並引起化學反應 一個重要的過程是 ATP 水解，這是細胞分解三磷酸腺苷以釋放能量的過程。這些活躍的生物過程並不是悄然發生的。它們推動和拉動細胞膜。這會導致彎曲、波紋和波動。
該模型表明，連續的膜運動可以產生一種稱為撓曲電的現象。當材料的彎曲或變形引起電響應時，就會發生撓曲電。在這種情況下，細胞膜的彎曲可以在細胞內部和外部之間產生電差異。
電壓水平與神經信號相當。
根據該框架，跨膜產生的電壓可能非常強。在某些情況下，它可以達到 90 毫伏。該水平值得注意，因為它類似於發送電信號時神經元中看到的電壓變化。
時間也與神經系統中發生的事情相對應。電壓變化可能在幾毫秒內發生。這與神經元典型動作電位曲線的形狀和速度密切相關。這表明相同的物理原理可能在神經元通訊中發揮作用。
驅動離子逆著自然梯度運動
該理論繼續預測這些膜驅動電壓可以主動移動離子。離子是帶電原子，細胞用來傳輸信號和維持平衡。通常，離子沿著電化學梯度流動。這意味著它們從高濃度區域移動到低濃度區域。
新模型表明，活性膜的波動可能會將離子推向相反的方向，與這些梯度相反。研究人員將這種行為與膜的特定特性聯繫起來。包括靈活性和對電場的響應。這些特性有助於確定離子移動的方向以及它們攜帶的電荷類型。
從單細胞到新組織和材料
展望未來 作者認為這個框架可以擴展到單個細胞之外。通過將相同的原理應用於細胞群，科學家們能夠探索協調的膜活動如何導致整個組織更大的電模式。
研究人員認為，這種機制為理解感官知覺提供了物理基礎。神經細胞功能 甚至活細胞如何從內部獲取能量？它還可以通過開發仿生物理智能材料來幫助連接神經科學。它提出了一種設計模仿活組織電行為的系統的新方法。
