Celulele umane nu sunt doar blocuri pasive de materie – ele pot fi inundate de electricitate, acționând ca surse ascunse de energie care ar putea facilita transportul moleculelor sau chiar comunicațiile interne ale corpului.
O echipă de cercetători de la Universitatea din Houston și Universitatea Rutgers, SUA, sugerează că micile oscilații ale membranelor lipidice ce înconjoară celulele ar putea genera suficient voltaj pentru a alimenta direct anumite procese biologice. Aceste fluctuații sunt determinate de activitatea proteinelor și de descompunerea ATP-ului, molecula-cheie pentru transportul energiei în celule.
Celulele, baterii vii: membrane lipidice care generează energie biologică
Studiul oferă suport teoretic pentru ideea că aceste vibrații ar putea fi suficient de puternice și structurate pentru a crea o sarcină electrică utilizabilă. „Celulele nu sunt sisteme pasive – ele sunt conduse de procese interne active, precum activitatea proteinelor și consumul de ATP”, notează cercetătorii în lucrarea publicată, potrivit Science Alert.
Principiul cheie este flexoelectricitatea, fenomen care explică modul în care deformările diferențiate ale membranelor pot genera tensiune electrică. Membranele celulare se curbează constant datorită fluctuațiilor termice, iar cercetătorii au arătat că, într-un mediu viu, dezechilibrul intern al celulelor transformă aceste mișcări în potențiale electrice de până la 90 de milivolți – suficient pentru a declanșa reacții neuronale și a ajuta la transportul ionilor.
Flexoelectricitatea și viitorul bioelectric: de la semnale neuronale la materiale inspirate de natură
Fluctuațiile membranare ar putea influența astfel funcții biologice esențiale, de la contracții musculare la transmiterea semnalelor senzoriale. Tensiunile generate apar la scară de milisecunde, sincronizate cu ritmul semnalelor nervoase. „Rezultatele noastre arată că activitatea celulară poate amplifica tensiunea transmembranară și polarizarea, oferind un mecanism fizic pentru colectarea energiei și transportul direcționat al ionilor”, precizează autorii.
Descoperirile ar putea explica modul în care grupuri de celule coordonează efecte la scară mai largă și ar putea inspira aplicații în domenii tehnologice: de la rețele neuronale artificiale la materiale sintetice cu proprietăți electromecanice inspirate de natură. „Studiul dinamicii electromecanice în rețele neuronale ar putea conecta flexoelectricitatea moleculară cu procesarea complexă a informațiilor, cu impact asupra înțelegerii creierului și a dezvoltării materialelor computaționale bio-inspirate”, concluzionează cercetătorii.
Cercetarea a fost publicată în PNAS Nexus.
Comentează