Мы с вами — живые аккумуляторы? Учёные обнаружили скрытый источник энергии внутри организма

Наши клетки способны буквально пульсировать электричеством, превращаясь в миниатюрные источники энергии. Новое исследование показало, что этот внутренний заряд может участвовать в транспортировке веществ и даже играть роль в передаче сигналов внутри организма. Работа учёных из Университета Хьюстона и Ратгерского университета опубликована в журнале PNAS Nexus.

Электричество внутри клеток

Учёные предположили, что микроскопические складки в жировых мембранах, окружающих клетки, способны вырабатывать напряжение, достаточное для питания некоторых биологических процессов. До этого было известно, что мембраны постоянно колеблются из-за активности белков и расщепления аденозинтрифосфата (АТФ) — основного источника клеточной энергии.

"Клетки — это не пассивные системы, они движутся благодаря внутренним активным процессам, таким как активность белков и потребление АТФ. Мы показываем, что эти активные флуктуации в сочетании с универсальным электромеханическим свойством флексоэлектричества могут генерировать трансмембранные напряжения и даже приводить в движение ионный транспорт", — пишут исследователи.

По словам авторов, полученные результаты дают теоретическое подтверждение тому, что сами колебания мембран достаточно сильны и структурированы, чтобы создавать электрический потенциал, который клетки могут использовать в своих целях.

Флексоэлектричество — ключ к внутренней энергии

Главная идея новой модели основана на явлении флексоэлектричества - способности материала генерировать электрическое напряжение при деформации. Мембраны клеток постоянно изгибаются из-за тепловых колебаний, и эти микродвижения могут вызывать заряд.

В норме подобные напряжения должны компенсироваться в состоянии равновесия, однако живые клетки никогда не бывают полностью "спокойны": их внутренняя активность поддерживает обмен веществ и жизнь организма. Учёные провели расчёты, чтобы определить, способна ли такая динамика превратить клеточную оболочку в миниатюрный двигатель.

Результаты показали, что эффект флексоэлектричества может создавать электрическую разницу потенциалов до 90 милливольт — этого достаточно, чтобы активировать нейрон. То есть клеточные мембраны, по сути, могут действовать как естественные батареи, подпитывая биохимические процессы.

Возможные применения и перспективы

Эта внутренняя "подзарядка" может влиять на движение ионов, от которых зависят работа мышц, передача нервных сигналов и другие ключевые функции. Учёные отмечают, что возникающие заряды формируются в течение миллисекунд — примерно в том же временном диапазоне, что и распространение сигналов в нейронных сетях.

"Наши результаты показывают, что активность может значительно усиливать трансмембранное напряжение и поляризацию, что предполагает наличие физического механизма сбора энергии и направленного ионного транспорта в живых клетках", — пишут исследователи.

По мнению авторов, эффект может быть универсальным и встречаться в разных типах клеток, что поможет объяснить, как ткани координируют работу на уровне микроэлектрических взаимодействий. В дальнейшем учёные планируют проверить, насколько этот механизм действительно реализуется внутри организма.

Интересно, что полученные данные могут применяться не только в биологии. Исследователи считают, что принципы клеточного электромеханизма можно использовать при создании новых материалов и вычислительных систем, вдохновлённых природой — аналогично тому, как наночастицы снижают окислительный стресс в клетках, помогая им эффективнее управлять энергией.

"Изучение электромеханической динамики в нейронных сетях может связать молекулярную флексоэлектричность и сложную обработку информации, что будет иметь значение как для понимания функций мозга, так и для разработки биоинспирированных вычислительных материалов", — отмечают авторы.

Таким образом, человеческие клетки оказались не только носителями жизни, но и потенциальными источниками энергии — природными микросистемами, способными объединять механику, химию и электричество в единый живой цикл.