Τα ανθρώπινα κύτταρα παρουσιάζουν εντυπωσιακές ηλεκτρικές διεργασίες που μπορεί να διαδραματίσουν κρίσιμο ρόλο στη λειτουργία του οργανισμού μας, λειτουργώντας ως μια κρυφή πηγή ενέργειας. Οι πρόσφατες έρευνες από το Πανεπιστήμιο του Χιούστον και το Πανεπιστήμιο Ράτγκερς στο Νιού Τζέρσι ανοίγουν νέους ορίζοντες στην κατανόηση αυτής της ηλεκτρικής δραστηριότητας, υποδεικνύοντας ότι μικροί κυματισμοί στις λιπώδεις μεμβράνες των κυττάρων μας μπορεί να δημιουργούν αρκετή τάση για να χρησιμοποιηθούν σε ζωτικές βιολογικές διεργασίες.
Η μελέτη αποδίδει σημαντική σημασία στις διακυμάνσεις που παρατηρούνται στις κυτταρικές μεμβράνες, οι οποίες σχετίζονται άμεσα με τη δραστηριότητα πρωτεϊνών και τη διάσπαση της αδενοσίνης τριφωσφορικού (ATP), που είναι το κύριο “καύσιμο” για τη μεταφορά ενέργειας στα κύτταρά μας. Αυτές οι ανακαλύψεις υπονοούν ότι οι μικροί κραδασμοί μπορεί να μην είναι απλώς παθητικές διεργασίες, αλλά αναπόσπαστα κομμάτια ενός ενεργού μηχανισμού που καθοδηγούν ζωτικές λειτουργίες.
«Τα κύτταρα δεν είναι ανενεργά – οι εσωτερικές τους διαδικασίες, όπως η πρωτεϊνική δραστηριότητα και η κατανάλωση ATP, τα κρατούν σε συνεχή δράση», αναφέρουν οι ερευνητές στην πρόσφατη δημοσίευσή τους. Αυτό το νέο μοντέλο καθιστά σαφές ότι οι ηλεκτρικές δυνάμεις που δημιουργούνται από τον καμπτοηλεκτρισμό (flexoelectricity) μπορούν να προκαλέσουν όχι μόνο τάσεις αλλά και μεταφορά ιόντων, σημαντικών για πολλές βιολογικές διαδικασίες.
Καθώς οι μεμβράνες των κυττάρων καμπτούνται συνεχώς από θερμικές διακυμάνσεις, η έρευνα υπαινίσσονται ότι αυτές οι μικρές δυνάμεις θα μπορούσαν στην πραγματικότητα να δημιουργήσουν ηλεκτρικά φορτία. Αντίθετα με την κοινή αντίληψη ότι τέτοιες τάσεις θα εξουδετερώνονταν σε περιβάλλοντα ισορροπίας, οι ερευνητές πιστεύουν ότι τα κύτταρα λειτουργούν σε διαρκή κίνηση, δημιουργώντας τις κατάλληλες συνθήκες για να μετατραπεί η λιπιδική μεμβράνη σε «κινητήρα» ενέργειας.
Σύμφωνα με τις προσομοιώσεις που εκπόνησαν, η ηλεκτρική διαφορά που μπορεί να δημιουργηθεί φτάνει μέχρι και 90 μιλιβόλτ – ένα φορτίο ικανό να ενεργοποιήσει νευρώνες. Αυτή η ηλεκτρική ενέργεια είναι κρίσιμη για τη μεταφορά ιόντων και τις βιοχημικές διαδικασίες που υποστηρίζουν τη ζωή.
Οι διακυμάνσεις των μεμβρανών του κυττάρου ενδέχεται να παίζουν σημαντικό ρόλο στην εκτέλεση βιολογικών λειτουργιών, όπως η μυϊκή κίνηση και η επικοινωνία μέσω νευρικών σημάτων. Οι χρονικές κλίμακες που παρατηρούνται, χιλιοστά του δευτερολέπτου, θα μπορούσαν να ταιριάζουν με το ρυθμό μετάδοσης σημάτων σε νευρικά κύτταρα, υπογραμμίζοντας τη σπουδαιότητα αυτής της ηλεκτρικής δραστηριότητας.
«Τα αποτελέσματά μας αποκαλύπτουν ότι οι εσωτερικές δραστηριότητες μπορούν να ενισχύσουν τη διαμεμβρανική τάση, υποδεικνύοντας έναν φυσικό μηχανισμό για τη συλλογή ενέργειας και τη μεταφορά ιόντων», γράφουν οι ερευνητές. Τα ευρήματα αυτά προσφέρουν νέες δυνατότητες στην κατανόηση της συνεργασίας των κυττάρων, καθώς και στην ανάπτυξη νέων βιογενούς τεχνολογιών.
Για τους ερευνητές, οι εφαρμογές δεν σταματούν εδώ: ιδέες σχετικά με τη χρήση αυτών των ηλεκτρικών διαδικασιών για την ανάπτυξη τεχνητών δικτύων και υλικών υπολογιστικής σχεδίασης βασισμένων στη φύση φαίνεται να έχουν σημαντικές προοπτικές. «Η έρευνα αυτή θα μπορούσε να ενώσει τις γνώσεις μας για την ηλεκτρομηχανική με τις σύνθετες διαδικασίες στο νευρικό σύστημα», καταλήγουν οι ερευνητές.
Για περισσότερες λεπτομέρειες και πρόσβαση στη δημοσίευση, μπορείτε να επισκεφθείτε το περιοδικό PNAS Nexus καθώς και τον ιστότοπο του Science Alert.
