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生物物理学

生物物理学

活细胞中的螺旋模式可用于营造生物计算机

02 Apr 2020
鸡蛋涟漪
涟漪蛋:类似涡旋的波在海星蛋的细胞膜上展开。 (礼貌:Nikta Fakhri和同事/麻省理工学院)

新受精卵表面上出现的涟漪与其他物理系统中发现的那些相似 Nikta Fakhri. 马萨诸塞州理工学院的同事。该团队通过统计分析了新受精海星蛋中活性蛋白产生的螺旋模式的相似性。研究人员称,他们的发现可能导致使用涟漪来处理信息的生物计算机的发展。

当许多物种的蛋细胞受精时,在细胞分裂开始之前,复杂的涟漪通常在其表面(细胞膜)上繁殖。这些波是由称为Rho-GTP的蛋白质产生的。该蛋白质主要坐落在细胞的细胞质中不活跃,但是当单独的激素表明细胞分裂时,迅速弹出并将其自身附着到细胞膜。已知这些涟漪在传播时产生复杂的模式,但到目前为止,模式的物理特征在很大程度上仍然是未开发的。

在他们的研究中,Fakhri的团队在受精海星鸡蛋中详细分析了这些模式,这是特别大,易于观察。为此,它们用附着于Rho-GTP的荧光标记注入卵细胞。然后他们将鸡蛋与不同浓度的相关激素进行。在每个实验中,他们看到rho-gtp的集中波振荡出移动的中心点以产生螺旋模式。该团队将这些中心描述为“拓扑缺陷” - 自由移动点,其中细胞膜中的分子不无缝加入。

普遍法律

Fakhri的集团还观察到许多螺旋一次在膜上移动。一些螺旋成对出现在相反的方向上的成对上,而其他对碰撞,互相侵蚀。在创建流程的动画之后,该团队对螺旋和拓扑缺陷的动作进行了统计分析。他们发现这些动态可以通过描述涡流动态的现有数学理论来描述。这表明该系统的行为由与各种各样的似乎无关的物理系统相同的普遍法律,尽管在广泛不同的规模上。

该团队发现观察到的图案类似于地球海洋和大气中的湍流漩涡。模式也以类似于心脏和脑中的电信号的方式传播。也许更令人惊讶地,螺旋波的簇的速度类似于在量子液中发现的波。通过进一步的研究,团队希望能够出现新技术来操纵这些动态。如果达到,则可以使生物涟漪能够以类似于量子计算机的方式传达信息并执行计算。

“也许现在我们可以从量子液中借用思想,从生物细胞中建造小型计算机,”Fakhri说。

研究描述了 自然物理学.

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