Μια «κρυφή» πηγή ηλεκτρικής ενέργειας φαίνεται πως υπάρχει μέσα στα ίδια μας τα κύτταρα. Σύμφωνα με νέα ερευνητικά δεδομένα από τις ΗΠΑ, η συνεχής κίνηση της κυτταρικής μεμβράνης μπορεί να παράγει ηλεκτρικά σήματα, ανοίγοντας νέους δρόμους στην κατανόηση βασικών λειτουργιών της ζωής.
Στο επίκεντρο της μελέτης που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό PNAS Nexus βρίσκεται η κυτταρική μεμβράνη: το εξαιρετικά λεπτό και εύκαμπτο περίβλημα που περιβάλλει κάθε ζωντανό κύτταρο και ρυθμίζει τι εισέρχεται και τι εξέρχεται από αυτό. Αν και συχνά τη φανταζόμαστε ως ένα σταθερό «τείχος», στην πραγματικότητα βρίσκεται σε συνεχή κίνηση, αλλάζοντας σχήμα σε πολύ μικρή κλίμακα.
Οι ερευνητές δείχνουν ότι αυτές οι ανεπαίσθητες κινήσεις δεν είναι αμελητέες. Αντίθετα, μπορούν να δημιουργήσουν πραγματικά ηλεκτρικά φαινόμενα.
Πώς η κίνηση γίνεται ηλεκτρισμός
Για να διερευνήσουν αυτό το ενδεχόμενο, οι επιστήμονες ανέπτυξαν ένα μαθηματικό μοντέλο που περιγράφει πώς οι φυσικές δυνάμεις στο εσωτερικό των κυττάρων αλληλεπιδρούν με τις βιολογικές διεργασίες. Η βασική ιδέα είναι ότι η κίνηση σε μοριακό επίπεδο μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρικά σήματα που διαπερνούν τη μεμβράνη.
Μέσα σε κάθε κύτταρο, οι πρωτεΐνες βρίσκονται σε συνεχή δράση: αλλάζουν σχήμα, αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και συμμετέχουν σε χημικές αντιδράσεις. Κεντρικό ρόλο παίζει η τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP), το βασικό «νόμισμα» ενέργειας των ζωντανών οργανισμών. Όταν η ATP διασπάται, απελευθερώνει ενέργεια που τροφοδοτεί τις κυτταρικές λειτουργίες.
Αυτές οι διεργασίες δεν συμβαίνουν αθόρυβα. Δημιουργούν μικρές δυνάμεις που ωθούν και έλκουν τη μεμβράνη, προκαλώντας κάμψεις, κυματισμούς και συνεχείς ταλαντώσεις.
Το φαινόμενο του φλεξοηλεκτρισμού
Το μοντέλο έδειξε ότι οι παραμορφώσεις αυτές μπορούν να ενεργοποιήσουν ένα φαινόμενο γνωστό ως φλεξοηλεκτρισμός. Πρόκειται για την ικανότητα ορισμένων υλικών να παράγουν ηλεκτρικό φορτίο όταν κάμπτονται.
Στην περίπτωση των κυττάρων, η κάμψη της μεμβράνης μπορεί να δημιουργήσει μια ηλεκτρική διαφορά ανάμεσα στο εσωτερικό και το εξωτερικό του κυττάρου. Με απλά λόγια, η μηχανική κίνηση μετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήμα.
Τάσεις παρόμοιες με αυτές των νευρώνων
Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι οι ηλεκτρικές τάσεις που προκύπτουν από αυτή τη διαδικασία μπορεί να είναι εντυπωσιακά ισχυρές. Σε ορισμένες περιπτώσεις φτάνουν τα 90 χιλιοβόλτ, επίπεδα συγκρίσιμα με τις μεταβολές τάσης που εμφανίζονται στους νευρώνες όταν μεταδίδουν σήματα.
Ακόμη πιο ενδιαφέρον είναι ότι οι μεταβολές αυτές συμβαίνουν μέσα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου, δηλαδή σε χρονική κλίμακα παρόμοια με εκείνη των νευρικών σημάτων. Αυτό υποδηλώνει ότι οι ίδιες φυσικές αρχές μπορεί να συμμετέχουν στον τρόπο με τον οποίο τα νευρικά κύτταρα επικοινωνούν.
Οι παραγόμενες τάσεις ενδέχεται επίσης να επηρεάζουν τη μετακίνηση των ιόντων — φορτισμένων σωματιδίων που παίζουν καθοριστικό ρόλο στη μετάδοση σημάτων και στη διατήρηση της ισορροπίας μέσα στο κύτταρο.
Από τα κύτταρα στους ιστούς
Εάν οι ίδιες αρχές ισχύουν και σε ομάδες κυττάρων, τότε η συντονισμένη κίνηση των μεμβρανών θα μπορούσε να δημιουργεί ηλεκτρικά μοτίβα σε ολόκληρους ιστούς. Αυτό προσφέρει μια νέα οπτική για την κατανόηση της αισθητηριακής αντίληψης, της νευρωνικής ενεργοποίησης και της εσωτερικής «ενεργειακής οικονομίας» των ζωντανών οργανισμών.
Παράλληλα, τα ευρήματα αυτά μπορεί να εμπνεύσουν την ανάπτυξη νέων, βιοεμπνευσμένων υλικών που μιμούνται την ηλεκτρική συμπεριφορά των ζωντανών ιστών, γεφυρώνοντας τη βιολογία με τη φυσική και τη μηχανική.
