Μια νέα έρευνα από επιστήμονες στις ΗΠΑ υποδεικνύει ότι οι ζωντανοί οργανισμοί μπορεί να διαθέτουν μια κρυφή πηγή ηλεκτρικής ενέργειας, που βρίσκεται ακριβώς στα κύτταρά τους. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι η συνεχής κίνηση της κυτταρικής μεμβράνης μπορεί να παράγει ηλεκτρικά σήματα, ανοίγοντας νέους ορίζοντες στην κατανόηση κρίσιμων βιολογικών λειτουργιών.
Η κυτταρική μεμβράνη, η λεπτή και εύκαμπτη στιβάδα που περιβάλλει τα κύτταρα και ελέγχει τη ροή των ουσιών, είναι συχνά αντιληπτή ως ένα στατικό εμπόδιο. Ωστόσο, αυτή η μεμβράνη κινείται διαρκώς και επαναδιαμορφώνεται σε μιρκοκλίμακα. Η μελέτη των ερευνητών αποκαλύπτει ότι αυτές οι παραμικρές κινήσεις μπορούν να προκαλέσουν ηλεκτρικά φαινόμενα.
Η ομάδα, από τα Πανεπιστήμια του Χιούστον και του Ράτγκερς, ανέπτυξε ένα μαθηματικό μοντέλο που εξετάζει την αλληλεπίδραση των φυσικών δυνάμεων εντός των κυττάρων με τις βιολογικές τους διεργασίες. Επικέντρωσαν την προσοχή τους στη σύνδεση κίνησης σε μοριακό επίπεδο με τη δημιουργία ηλεκτρικών σημάτων που επηρεάζουν τη μεμβράνη.
Στο εσωτερικό των κυττάρων, οι πρωτεΐνες διαρκώς αλλάζουν σχήμα, αλληλεπιδρούν με άλλα μόρια και εκτελούν χημικές αντιδράσεις. Μια από τις πιο σημαντικές διαδικασίες είναι η υδρόλυση της τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP), η οποία παρέχει ενέργεια στα κύτταρα. Αυτές οι βιοχημικές διεργασίες προκαλούν συνεχείς κινήσεις και ηλεκτρικά φαινόμενα.
Το μοντέλο αποκάλυψε ότι οι κινήσεις της μεμβράνης προκαλούν ένα φαινόμενο που ονομάζεται φλεξοηλεκτρισμός, όπου οι παραμορφώσεις μετατρέπονται σε ηλεκτρική πολικότητα. Ειδικότερα, η κάμψη της κυτταρικής μεμβράνης μπορεί να δημιουργήσει ηλεκτρική διαφορά ανάμεσα στο εσωτερικό και το εξωτερικό του κυττάρου.
Ηλεκτρικές τάσεις παρόμοιες με νευρικά σήματα
Οι ηλεκτρικές τάσεις που παράγονται μπορεί να είναι εξαιρετικά ισχυρές, φθάνοντας μέχρι και 90 χιλιοβόλτ, επίπεδο που είναι συγκρίσιμο με τις τάσεις που εκπέμπονται από τους νευρώνες κατά την εκπομπή ηλεκτρικών σημάτων.
Ο συγχρονισμός αυτής της διαδικασίας συνάδει με τις νευρωνικές δραστηριότητες, αφού οι μεταβολές της ηλεκτρικής τάσης συμβαδίζουν με το χρονοδιάγραμμα των δυναμικών δράσης των νευρώνων. Αυτό υποδηλώνει ότι ενδέχεται οι ίδιες φυσικές αρχές να διέπουν και τη νευρική επικοινωνία.
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι οι τάσεις που προκύπτουν από την κίνηση της μεμβράνης μπορούν να συμβάλλουν στη μετακίνηση ιόντων, ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων που οι οργανισμοί χρησιμοποιούν για τη μετάδοση σημάτων και τη διατήρηση ισορροπίας. Βασικά, τα ιόντα μετακινούνται από περιοχές υψηλής συγκέντρωσης σε περιοχές χαμηλής.
Διερεύνηση της συσχέτισης από μεμονωμένα κύτταρα σε ιστούς
Εφαρμόζοντας αυτές τις αρχές σε ομάδες κυττάρων, οι επιστήμονες θα μπορέσουν να εξετάσουν πώς η συντονισμένη κίνηση της μεμβράνης δημιουργεί ηλεκτρικά μοτίβα σε μεγαλύτερη κλίμακα στους ιστούς.
Αυτός ο μηχανισμός θα μπορούσε να φωτίσει την αισθητηριακή αντίληψη, τη νευρωνική διέγερση και τη δυνατότητα συλλογής ενέργειας από τα ζωντανά κύτταρα. Ενδέχεται επίσης να συνδέσει τη νευροεπιστήμη με την ανάπτυξη βιοεμπνευσμένων υλικών, προσφέροντας καινοτόμες μεθόδους σχεδίασης συστημάτων που αναπαριστούν την ηλεκτρική συμπεριφορά των ζωντανών ιστών.
Η έρευνα έχει δημοσιευτεί στο επιστημονικό περιοδικό PNAS Nexus.
Πηγή: Science Alert
