До сих пор никто толком не может сказать, каким именно образом живая клетка координирует всю свою биохимическую машинерию, сложную деятельность работающих в ней органелл. Возможно, важную роль в этом играет вибрация клеточной мембраны.

Живая клетка — пожалуй, одна из самых сложных систем, с какими нам доводилось сталкиваться. Разнообразие и удивительная упорядоченность всей ее активности поражают воображение. Однако как именно клетка координирует всю работу своих многочисленных органелл и бесчисленных ферментов, движение белков цитоскелета и вязкость мембраны, и еще мириады подобных факторов?.. Как система добивается того, чтобы нужное событие происходило ровно в нужное время и в нужном месте?

Работающий в Канаде исследователь Сепер Эзани (Sepehr Ehsani) высказал на этот счет интересное предположение. По его мысли, существенную роль в этой координации может играть клеточная мембрана: ее регулярные вибрации могут задавать ритм для работы внутриклеточных систем и синхронизировать их.

В электронике такие водители ритма не новость. Внутренние часы устанавливаются на многие сложные микросхемы, позволяя синхронизировать работу всех их компонентов. Без их регулярной пульсации компьютерная обработка информации в том виде, в котором она реализуется сегодня, была бы невозможна.

Клетка, в некотором роде, тоже является устройством обработки информации, хотя и намного более сложным, чем наши компьютеры. Наличие определенных периодических сигналов, регулярно запускающихся в ней и регулирующих внутреннюю активность, сегодня не секрет — взять хотя бы суточные циркадные циклы.

Однако циркадные ритмы для подавляющего числа биохимических превращений слишком медленны. Подходящий на эту роль механизм должен работать на совершенно другом масштабе, хотя бы микросекундном. Кроме того, он должен был возникнуть еще на самых ранних стадиях эволюции жизни, а следовательно — представлять нечто весьма древнее и консервативное, весьма близко реализованное в клетках разных видов.

Всем этим характеристикам вполне удовлетворяет клеточная мембрана, на которой ранее уже регистрировались вибрации пикосекундной частоты. Вдобавок, мембрана, разделяя клетку от внешней среды, могла бы служить идеальным координатором происходящего внутри и снаружи. Такой механизм мог возникнуть достаточно рано и с минимальными изменениями переходить ко все более сложным организмам.

По мнению Эзани, его идею легко проверить экспериментально, выращивая клеточные культуры в условиях внешней вибрации, частота и интенсивность которых бы нарушала возможную координацию от собственных вибраций клеточных мембран. Хотя заранее, конечно, понадобится получше разобраться в природе и характере этих вибраций, их продолжительности и частоте.

Впрочем, еще никто не может сказать, нужен ли клетке «водитель ритма» вообще. Ученым известно, что спонтанно возникающая симметрия и синхронизация являются собственными свойствами некоторых сложных систем, которые присущи им самим. Такие проявления можно наблюдать в упорядоченно мерцающей стае светляков или в возникновении волн мозговой активности — возможно, и активность клеточных систем относится к этому ряду.

По публикации MIT Technology Review / Physics arXiv blog