Nasze komórki mogą produkować energię w sposób, którego do tej pory nikt nie brał na serio. Nie chodzi o mitochondria ani o klasyczne ATP, ale o coś znacznie subtelniejszego – mikroskopijne drgania błon komórkowych, które mogą generować realne napięcie elektryczne. Brzmi jak science fiction? Najnowsze badania pokazują, że to bardzo konkretna fizyka.
Zespół naukowców z University of Houston oraz Rutgers University przedstawił model, według którego pofałdowana błona lipidowa otaczająca komórki może działać jak mikrogenerator energii. Co ważne – nie jest to energia „teoretyczna”, lecz potencjalnie wystarczająca do napędzania procesów biologicznych, takich jak transport jonów czy komunikacja neuronów.
Komórki to nie bierne struktury
Przez lata biologia traktowała błonę komórkową głównie jako barierę ochronną. Tymczasem nowe badania pokazują, że to aktywny element systemu energetycznego komórki.
Błony nieustannie się wyginają i falują. Te ruchy są efektem:
- aktywności białek błonowych,
- rozpadu ATP,
- procesów cieplnych zachodzących wewnątrz komórki.
I tu wchodzi kluczowe pojęcie: fleksoelektryczność.
Fleksoelektryczność – napięcie z samego wyginania
Fleksoelektryczność to zjawisko fizyczne, w którym materiał generuje napięcie elektryczne w odpowiedzi na mechaniczne odkształcenie. Do tej pory kojarzono je głównie z kryształami i zaawansowanymi materiałami inżynieryjnymi.
Nowość polega na tym, że:
- błony lipidowe również mają właściwości fleksoelektryczne,
- a komórki nigdy nie są w stanie równowagi.
To oznacza, że drgania błony nie wygaszają się, lecz mogą się sumować i tworzyć stabilne różnice potencjałów elektrycznych.
Do 90 milivoltów – wystarczająco, by pobudzić neuron
Według obliczeń zespołu badawczego:
- fluktuacje błonowe mogą generować napięcie nawet do 90 mV,
- to poziom porównywalny z napięciem potrzebnym do aktywacji neuronu.
Innymi słowy: błona komórkowa może realnie wpływać na sygnały nerwowe, a nie tylko biernie je przewodzić.
Co więcej:
- napięcie pojawia się w skali milisekund,
- dokładnie takiej, w jakiej działa układ nerwowy.
To nie przypadek. To mechanizm, który może być ewolucyjnie wykorzystany.
Transport jonów bez „oficjalnego zasilania”
Jednym z najbardziej intrygujących wniosków jest to, że energia generowana przez drgania błon:
- może wspomagać transport jonów,
- działać równolegle do klasycznych pomp jonowych,
- a nawet wpływać na synchronizację pracy grup komórek.
Jeśli to się potwierdzi eksperymentalnie, będziemy musieli przepisać podręczniki biologii komórki.
Znaczenie wykraczające poza biologię
To odkrycie nie kończy się na medycynie czy neurobiologii. Naukowcy już teraz wskazują możliwe zastosowania w:
- sztucznej inteligencji inspirowanej biologią,
- projektowaniu materiałów, które same generują energię,
- nowych modelach obliczeniowych opartych na dynamice błon.
Jeśli błony komórkowe potrafią „produkować” energię z ruchu, to być może przyszłe systemy AI będą działać podobnie – bez klasycznego zasilania, a dzięki fizyce struktury.
Co dalej?
Na razie mamy solidny model teoretyczny i obiecujące obliczenia. Kolejnym krokiem będą:
- eksperymenty na żywych tkankach,
- pomiary napięć w czasie rzeczywistym,
- sprawdzenie, jak powszechne jest to zjawisko w różnych typach komórek.
Jedno jest pewne: komórki są sprytniejsze, niż myśleliśmy. A energia może być dosłownie wszędzie – nawet w delikatnym drganiu błony.
Badania opublikowano w czasopiśmie PNAS Nexus .