|
Источник энергии, циркулирующий в наших клетках
|
|
|
|
Жизнь требует энергии, поэтому вполне логично, что клетки, из которых состоит наш организм, за миллиарды лет эволюции научились использовать любой имеющийся под рукой источник энергии. Конечно, ученым давно известно о процессе клеточного дыхания, который, в свою очередь, вырабатывает аденозинтрифосфат, или АТФ, - форму энергии, но новое исследование утверждает, что нам еще многое предстоит узнать о том, как наши клетки используют энергию, содержащуюся в окружающей их среде.
|
|
|
|
В статье, опубликованной в журнале PNAS Nexus, исследователи из Хьюстонского и Ратгерского университетов применили концепцию “флексоэлектричества” к живым клеткам, чтобы исследовать, может ли это явление, преобразующее механическую деформацию в электрические сигналы, быть важным источником энергии. Они обнаружили, что колебания мембран, окружающих клетки, производят примерно 90 милливольт — этого достаточно, чтобы запустить нейрон.
|
|
|
|
“Живые клетки постоянно испытывают наноразмерные колебания мембран из-за движения и активности молекул. Могут ли эти колебания вырабатывать электричество?”, - пишут авторы. “Мы показываем, что эти активные колебания в сочетании с универсальным электромеханическим свойством флексоэлектричества могут генерировать трансмембранные напряжения и даже стимулировать перенос ионов”.
|
|
|
|
|
|
|
Это новое исследование проводится под руководством Прадипа Шармы из Хьюстонского университета, который на протяжении десятилетий исследовал концепцию флексоэлектричества в более искусственных платформах, включая мягкую робототехнику, медицинские устройства и другие автономные датчики с автономным питанием. В основе этих технологий лежит концепция пьезоэлектричества - явления, при котором определенные материалы генерируют электрический заряд при механическом воздействии. Вибрация этих материалов эффективно создает переменный ток, и эти материалы можно найти в самых разных технологиях, включая все - от смартфонов до ультразвуковых датчиков.
|
|
|
|
“Флексоэлектричество на наноуровне позволяет заставить обычный материал вести себя подобно пьезоэлектрику”, - сказал Шарма в интервью в 2009 году. “Возможно, что еще более важно, это явление существует в материалах, которые уже являются пьезоэлектрическими. Вы можете добиться еще большего эффекта.”
|
|
|
|
Хотя это явление хорошо изучено на макроуровне, авторы утверждают, что свойства пьезоэлектричества на клеточном уровне менее известны. Исследователи поняли, что среда, в которой находятся клеточные мембраны, потенциально является идеальной средой для флексоэлектричества, и это потому, что, хотя энергия, создаваемая в равновесной системе, по существу, нейтрализуется, мембраны выводятся из равновесия, в частности, за счет динамики белков и гидролиза АТФ. По словам авторов, это открытие обеспечивает новую платформу для взаимодействия между механической работой и биоэлектричеством, что может даже иметь последствия для вычислительных платформ, вдохновленных био, таких как нейроморфные вычисления.
|
|
|
|
“Исследование электромеханической динамики в нейронных сетях может стать связующим звеном между молекулярным флексоэлектричеством и сложной обработкой информации, что будет иметь значение как для понимания функций мозга, так и для открытия вычислительных материалов, вдохновленных биологией”, - пишут авторы.
|
|
|
|
Источник
|
