Nova studija objavljena u PNAS Nexus sugeriše da membrane ćelija mogu generisati električne napone putem flexoelektričnosti, pretvarajući nanoskalne mehaničke deformacije u električne signale. Istraživači procenjuju da te fluktuacije mogu proizvesti oko 90 milivolta, dovoljno da potencijalno aktiviraju neuron i podrže transport jona. Nalazi su zasnovani na teorijskim modelima; neophodni su eksperimenti koji bi potvrdili njihovu ulogu u živim tkivima i implikacije za neuromorfno računanje.
Novi Izvor Energije u Ćelijama? Flexoelektričnost Membrana Može Generisati ~90 mV
Experts Found a Hidden Energy Source In Our Cellsimaginima - Getty Images
Naše telo je prepuno energije, a ćelije su tokom milijardi godina evolucije postale izuzetno efikasne u iskorišćavanju različitih izvora. Pored poznatog ćelijskog disanja i ATP-a, nova studija sugeriše da bi membrane ćelija mogle proizvoditi električne napone putem fenomena zvanog flexoelektričnost — pretvaranja nanoskalnih mehaničkih deformacija u električne signale.
Šta je flexoelektričnost?
Flexoelektričnost je elektromehaničko svojstvo koje omogućava stvaranje električnog napona kada se materijal savija ili lokalno deformiše. Slično piezoelektričnosti (gde određeni kristali generišu naboj pri pritisku), flexoelektričnost može da se pojavi i u običnim materijalima na nanoskalnom nivou — posebno u tankim membranama i slojevima.
Šta su autori uradili i šta su zaključili?
U radu objavljenom u PNAS Nexus, istraživači sa University of Houston i Rutgers University, na čelu sa Pradeepom Sharmom, primenili su koncept flexoelektričnosti na biološke membrane. Korišćenjem teorijskih modela i kvantitativnih procena, autori pokazuju da aktivne, nanoskalne fluktuacije membrana — podstaknute molekularnim kretanjem, proteinskom dinamikom i hidrolizom ATP — mogu proizvesti transmembranske napone reda veličine ~90 milivolta, što je dovoljno da izazove depolarizaciju nekih neurona.
"Žive ćelije stalno doživljavaju nanoskalne fluktuacije membrana zbog molekularnog kretanja i aktivnosti. Da li te fluktuacije mogu proizvesti elektricitet? Pokazujemo da te aktivne fluktuacije, u kombinaciji sa univerzalnim elektromehaničkim svojstvom flexoelektričnosti, mogu generisati transmembranske napone pa čak i pokretati transport jona."
Zašto je to važno?
Ako se ove procene potvrde eksperimentalno, fleksoeelktrični naponi mogli bi imati praktičan značaj: od doprinosa transportu jona kroz membrane do uticaja na ekscitabilnost neurona. Ovo otvara novu perspektivu o tome kako mehanička energija na nanoskalama može biti preobražena u bioelektrične signale, s mogućim implikacijama za razumevanje moždane funkcije i za razvoj bioinspirisanih tehnologija, uključujući neuromorfno računanje.
Ograničenja i naredni koraci
Važno je naglasiti da su trenutni rezultati zasnovani na teorijskim modelima i izračunima. Potrebni su direktni eksperimenti na živim ćelijama i tkivima koji bi potvrdili veličinu i učestalost ovih efekata u prirodnim uslovima, kao i utvrđivanje koliko su kvantitativno značajni u odnosu na tradicionalne izvore energije poput ATP-a.
Zaključak: Studija predstavlja uzbudljivu i verovatnu novu komponentu ćelijskog energetskog pejzaža — nanoskalne, mehaničke fluktuacije membrana koje mogu generisati merni električni napon. Ako se eksperimentalno potvrdi, ovo bi dodalo novi sloj razumevanja o tome kako ćelije pretvaraju i koriste energiju.
Pomozite nam da budemo bolji.
