يُعرف جدار الخلية عادةً بأنه غشاء رفيع يفصل الداخل عن الخارج. ومع ذلك، اكتشف العلماء مؤخرًا أنه يمثل قطعة فيزيائية قادرة على تحويل الحركة إلى كهرباء.
هذا هو جوهر فكرة جديدة اقترحها فريق بحثي، عبر نموذج رياضي يوضح أن اهتزازات أغشية الخلايا الدقيقة يمكنها توليد فروق في الجهد الكهربائي، كما لو أن الغشاء عبارة عن مولد طاقة صغير جدًا.
فرق الجهد هو ببساطة “الدَفْع” الذي يجعل الشحنات الكهربائية تنتقل من نقطة إلى أخرى، على غرار كيفية دفع فرق الارتفاع للماء للتدفق، وهو مؤشر على مرور الكهرباء.
مولد كهربائي دقيق جدًا
داخل الخلية، تغير البروتينات شكلها أثناء أداء وظائفها، وهناك تفاعلات كيميائية تطلق الطاقة للحفاظ على استمرارية النظام كيميائيًا.
أحد أهم هذه العمليات هو تحطيم جزيئات تسمى أدينوسين ثلاثي الفوسفات، والتي تمثل الوقود الأساسي للخلية. تولد هذه الجزيئات قوى صغيرة تضغط على الغشاء وتشدّه، مما يتسبب في انحنائه وتذبذبه على المقياس النانوي.
وفقًا لأبحاث جديدة نُشرت في مجلة PNAS Nexus، يمكن لهذه القوى الصغيرة توليد الكهرباء من خلال ظاهرة فيزيائية تسمى “الكهرباء الانحناءية”، حيث يولد انحناء الغشاء استقطابًا كهربائيًا، وبالتالي فرق جهد عبر الغشاء، وهو ما نعرفه باسم “الكهرباء”.
نتائج واعدة
وفقًا للنتائج، يمكن أن تصل فروق الجهد عبر الغشاء في بعض الحالات إلى حوالي 90 مللي فولت. علاوة على ذلك، يمكن أن تحدث هذه التقلبات على مقياس زمني بالمللي ثانية، مما يشبه فروق الجهد المعروفة في الخلايا العصبية.
بالإضافة إلى ذلك، يتنبأ النموذج الذي طوره الباحثون بأن الإشارات الكهربائية الناتجة عن تذبذب غشاء الخلية قد تدفع الأيونات – وهي ذرات مشحونة أساسية لتوازن الخلية وإشاراتها – في عكس الاتجاه الذي تميل إلى الذهاب إليه بشكل طبيعي.
تساعد هذه النتائج العلماء في تحقيق فهم أعمق للعلاقة بين ميكانيكا الغشاء والإشارات الكهربائية، وما قد يعنيه ذلك لعمليات مثل الإحساس، والتواصل الخلوي، وربما جوانب النشاط العصبي.
من ناحية أخرى، يمكن أن يساهم هذا في إلهام العلماء لابتكار مواد وأجهزة مستوحاة من البيولوجيا تجمع بين المرونة والكهرباء، وقادرة على تحويل التقلبات الميكانيكية الدقيقة إلى إشارات كهربائية – وهي في الأساس مواد ذكية بالمعنى الفيزيائي.
