محققان دانشگاه هوستون(Houston) و دانشگاه راتگرز(Rutgers) در ایالات متحده می‌گویند موج‌های کوچک در غشاهای چربی اطراف سلول‌های ما می‌توانند ولتاژ کافی را برای منفعت گیری به گفتن منبع مستقیم انرژی برای برخی از فرآیندهای بیولوژیکی تشکیل کنند.

خود این نوسانات قبلاً به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته‌اند و اشکار شده است که توسط فعالیت پروتئین‌های تعبیه شده و تجزیه «آدنوزین تری فسفات»(ATP) که وسیله مهم انتقال انرژی از طریق سلول‌ها است، هدایت خواهد شد.

این مطالعه تازه، حمایتنظری از این گمان را اراعه می‌دهد که لرزش‌های غشاء به قدر کافی قوی و ساختار یافته می باشند تا بار الکتریکی تشکیل کنند که سلول‌ها می‌توانند برای برخی از ماموریت های مهم از آن منفعت گیری کنند.

محققان در مقاله خود می‌نویسند: سلول‌ها سیستم‌های غیرفعال نیستند، آنها توسط فرآیندهای فعال داخلی همانند فعالیت پروتئین و مصرف ATP هدایت خواهد شد. ما نشان می‌دهیم که این نوسانات فعال، هنگامی که با خاصیت الکترومکانیکی جهانی فلکسوالکتریسیته(flexoelectricity) همراه خواهد شد، می‌توانند ولتاژهای غشایی تشکیل کنند و حتی انتقال یون را هدایت کنند.

کلید فهمیدن این مدل تازه، مفهوم فلکسوالکتریسیته است که اساساً روشی را توصیف می‌کند که از طریق آن می‌توان ولتاژی بین نقاط متضاد کرنش در یک ماده تشکیل کرد.

غشاها به طور مداوم در نتیجه نوسان اتفاقی گرما در سلول خم خواهد شد. در تئوری، هر ولتاژی که از این طریق تشکیل شود، باید در محیط‌های تحت اعتدال خنثی شود و آنها را به گفتن منبع انرژی بی‌منفعت کند.

محققان استدلال کردند که سلول‌ها در اعتدال کامل نیستند و فعالیت درون سلول برای زنده نگه داشتن ما در حال چرخش است. این که آیا این برای تبدیل یک غشای لیپیدی به یک موتور کافی است یا خیر، نیاز به چند فرمول‌بندی دقیق دارد.

مطابق محاسبات انجام شده توسط محققان، فلکسوالکتریسیته می‌تواند اختلاف الکتریکی تا ۹۰ میلی‌ولت بین داخل و خارج سلول تشکیل کند که برای فعال شدن یک نورون کافی است.

ولتاژ تشکیل شده می‌تواند به حرکت یون‌ها، اتم‌های بارداری که توسط جریان الکتریسیته و مواد شیمیایی کنترل خواهد شد، پشتیبانی کند.

نوسانات غشایی امکان پذیر برای تأثیرگذاری بر عملیات بیولوژیکی همانند حرکت عضلات و سیگنال‌های حسی کافی باشد. این تیم تخمین زد که چندین دفعه در مقیاس میلی‌ثانیه ظاهر خواهد شد و با زمان‌بندی سیگنال‌هایی که از طریق سلول‌های عصبی موج می‌زنند، مطابقت دارند.

محققان می‌گویند: نتایج ما مشخص می کند که فعالیت می‌تواند ولتاژ و قطبش غشایی را به طور قابل توجهی تحکیم کند که نشان‌دهنده یک مکانیسم فیزیکی برای برداشت انرژی و انتقال هدایت‌شده یون در سلول‌های زنده است.

این یافته‌ها می‌تواند در گروه‌های سلولی نیز گسترش یابد و به توضیح چگونگی هماهنگی غشاهای سلولی برای تشکیل اثرات و بافت‌های در مقیاس بزرگتر پشتیبانی کند. اکنون مطالعات آینده می‌توانند آزمایش کنند که آیا همه اینها مطابق انتظار در داخل بدن کار می‌کنند یا خیر.

این یافته‌ها می‌توانند پیامدهایی فراتر از بافت‌های زنده داشته باشند. محققان ایده منفعت گیری از همین تکنیک‌های تشکیل برق را برای خبر‌رسانی در طراحی شبکه‌های هوش مصنوعی و مواد مصنوعی مبتنی بر طبیعت نقل می‌کنند.

محققان می‌گویند: بازدید دینامیک الکترومکانیکی در شبکه‌های نورونی می‌تواند پلی بین فلکسوالکتریسیته مولکولی و پردازش اطلاعات پیچیده تشکیل کند که پیامدهایی هم برای فهمیدن کارکرد مغز و هم برای کشف مواد محاسباتی الهام گرفته از زیست‌شناسی دارد.

این پژوهش در مجله PNAS Nexus انتشار شده است.