Группа профессора Майкла Мюррелла (ведущий автор — Закари Гао Сун, аспирант по физике) в сотрудничестве с группой профессора Гарегина Папояна из Университета Мэриленда в Колледж-Парке обнаружила критические явления (самоорганизованная критичность), которые напоминают землетрясения и лавины внутри цитоскелета клетки благодаря самоорганизации очищенных компонентов белка.
Прорывное открытие
Исследователи обнаружили, что цитоскелет клетки — механический механизм клетки — ведёт себя подобно земной коре, постоянно регулируя, как он рассеивает энергию и передаёт информацию. Это саморегулирующееся поведение позволяет клеткам выполнять сложные процессы, такие как миграция и деление, с поразительной точностью.
Параллели между микроскопическими клеточными структурами и массивными небесными телами
Особенно поразительно то, что 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 универсальными в совершенно разных масштабах природы.
Результаты исследования
Результаты также указывают на то, что в цитоскелете может происходить переход, подобный переходу металл-изолятор, в распространении информации и энергии, который можно настроить с помощью авторегулировки геометрии и активного напряжения. Это напоминает явление, называемое локализацией Андерсона, обычно наблюдаемое в различных областях физики конденсированных сред.
Это дополнительно указывает на то, что клетка, как живой механизм, использует энергетические и механические принципы, обычно встречающиеся в неживых системах, для обработки информации посредством самонастройки. Работа опубликована в журнале Nature Physics.
Комментарий Закари Гао Суна
«Интересно наблюдать, как под микроскопом и в телескоп мы обнаруживаем сходства между объектами разных масштабов».
Сун и его коллеги обнаружили, что клетки могут регулировать поток информации и энергии, используя механизм, поразительно похожий на хорошо известное физическое явление — локализацию 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 том, как он передаёт сигналы и энергию. Этот переход, по-видимому, точно настраивается самой клеткой посредством обратной связи между её геометрией и внутренним напряжением.
Результаты наводят на мысль, что клетки, подобно точно спроектированным машинам, используют физические законы из области физики 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
Yale University