Группа профессора Майкла Мюррелла (ведущий автор — Закари Гао Сан, аспирант по физике) в сотрудничестве с группой профессора Гарегина Папояна из Университета Мэриленда в Колледж-Парке обнаружила критические явления (самоорганизованную критичность), которые напоминают землетрясения и лавины внутри цитоскелета клетки благодаря самоорганизации очищенных белковых компонентов.
Прорывное открытие: цитоскелет клетки ведёт себя как земная кора
Исследователи обнаружили, что цитоскелет клетки — механический механизм клетки — ведёт себя подобно земной коре, постоянно регулируя, как он рассеивает энергию и передаёт информацию. Это саморегулируемое поведение позволяет клеткам выполнять сложные процессы, такие как миграция и деление, с поразительной точностью.
Параллели между микроскопическими клеточными структурами и массивными небесными телами
Исследование проводит параллели между поведением микроскопических клеточных структур и массивными небесными телами, предполагая, что принципы критичности — где системы естественным образом настраиваются на грань трансформации — могут быть универсальны на совершенно разных масштабах природы.
Результаты указывают на переход, подобный переходу металл-изолятор, в распространении информации и энергии
Результаты также указывают на то, что в цитоскелете может быть настроен переход, подобный переходу металл-изолятор, в распространении информации и энергии, благодаря автоподстройке геометрии и активного стресса, что напоминает явление, называемое локализацией Андерсона, обычно наблюдаемое в различных областях физики конденсированных сред.
Работа опубликована в журнале Nature Physics
Эта работа опубликована в журнале Nature Physics.
«Интересно ли вам, что клетка, как механизм, может находиться в критическом состоянии? И как это происходит? Эти вопросы были центральными для биофизиков в последние два десятилетия. Здесь мы наблюдали явления в хорошо контролируемых экспериментах и предложили механизм. Разве не удивительно видеть сходства между объектами под микроскопом и под телескопом?» — прокомментировал Сан.
Выводы исследования
Сан и его коллеги обнаружили, что клетки могут регулировать поток информации и энергии, используя механизм, поразительно похожий на хорошо известное физическое явление, называемое локализацией Андерсона — процесс, обычно наблюдаемый в неживых системах, таких как неупорядоченные металлы и изоляторы. Исследование показывает, что цитоскелет, внутренний каркас клетки, может претерпевать переход, подобный переходу металл-изолятор, в передаче сигналов и энергии.
Этот переход, по-видимому, точно настраивается самой клеткой посредством обратной связи между её геометрией и внутренним напряжением. Результаты показывают, что клетки, подобно точно спроектированным машинам, используют физические законы из области конденсированных сред для адаптации и обработки информации, стирая грань между живым и неживым.
Эта работа побуждает учёных из разных дисциплин задуматься о том, действительно ли существуют универсальные законы критичности, не зависящие от масштаба, и каждая ли клетка является своей собственной «вселенной».
Предоставлено Йельским университетом
published in the journal Nature Physics.”,”\”Whether the cell as machinery is being poised at a critical state, and further, how, have been the central topics for some biophysicists in the past two decades. Here, we have observed phenomena in a well-controlled experimental setting, and proposed the mechanism. Isn’t it amazing to see similarities across scale objects under the microscope to the telescope?\” Sun commented.”,”Sun and colleagues have discovered that cells may regulate information and energy flow using a mechanism strikingly similar to a well-known physics phenomenon called Anderson localization—a process typically observed in non-living systems like disordered metals and insulators. The research shows that the cytoskeleton, the cell’s internal scaffolding, can undergo a metal-to-insulator–like transition in how it transmits signals and energy.”,”This transition appears to be finely tuned by the cell itself through feedback between its geometry and internal stress. The findings suggest that cells, like finely engineered machines, harness physical laws from condensed matter to adapt and process information—blurring the line between the living and the inanimate.”,”This work motivates scientists in different disciplines to wonder if a scale-free universal laws of criticality truly exists, and each cell is its own \”universe.\””,”\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tProvided by\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tYale University\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t”,”\n\t\t\t\t\t\t\tMore from Other Physics Topics\n\t\t\t\t\t\t “]’>Источник