哈喽，大家好，今天小墨这篇评论，主要来分析休斯顿大学团队发现细胞膜波动能产生90毫伏电压，挠曲电效应打开细胞能量新通路。
每一个细胞都在不停地颤动。这种肉眼看不见的微小波动长期以来被认为只是细胞代谢的副产品。
2025年12月，休斯顿大学和罗格斯大学的科学家在《PNAS Nexus》期刊上发表最新研究，这些波动可能是一个隐藏的能量来源，能够产生足以驱动神经元放电的电压。研究表明，细胞膜上的脂质颤动通过一种被称为"挠曲电效应"的物理现象，可以产生高达90毫伏的电压。
这一数值足以触发神经细胞的动作电位，甚至可能参与离子运输和细胞间通讯等关键生物过程。
从材料科学到生命科学的跨界发现
挠曲电效应原本是材料科学领域的概念，它描述的是当材料发生不均匀形变时会在应变差异的位置产生电势差。简单来说就是"弯曲能生电"。
这种效应在晶体材料中早已被发现，将它与活细胞联系起来需要全新的理论框架。细胞膜并非静止的屏障，是一个动态的脂质双层结构。嵌入其中的蛋白质持续活动，ATP分子不断分解释放能量，这些过程都会导致膜的局部弯曲和波动。
关键在于细胞不是平衡系统。研究团队在论文中强调，细胞内部存在持续的主动过程，这些过程打破了热力学平衡，使得膜波动不再是随机的无序运动，是带有方向性的能量流动。
通过详细的数学建模和理论推导，研究人员证明，当挠曲电效应与细胞的非平衡活动相结合时，可以在细胞膜内外产生稳定的电位差。
这种电位差不仅存在，强度足够驱动带电离子的跨膜运输。研究团队的Pradeep Sharma教授和同事Pratik Khandagale、Liping Liu建立了一个框架，显示膜不仅仅是被动屏障，它们是活跃的发电机，由生命本身的分子噪声驱动。
毫秒级的电脉冲与神经信号
研究团队估算，这种膜波动产生的电压持续时间仅为毫秒级。乍看之下这似乎太短暂无法发挥作用，恰恰相反，这个时间尺度与神经元信号传递的速度完美匹配。神经细胞的动作电位通常在1到2毫秒内完成，感觉信号的传递和肌肉收缩的启动也都发生在毫秒级时间窗口内。
膜波动产生的电压虽然短暂，频率极高，可以在需要的时刻提供瞬时能量支持。更重要的是，这种机制可能解释了一些长期困扰神经科学家的现象。
例如为什么某些离子的跨膜运输速度超出了单纯化学浓度梯度和ATP驱动所能解释的范围，挠曲电效应提供的额外电压可能正是这些"超额"运输的能量来源。
研究还指出，这种电压差足以影响离子通道的开放状态。许多离子通道对电压敏感，膜电位的微小变化就能改变它们的构象。如果膜波动能够持续产生局部电场，那么它就可以作为一种微调机制，精细调控细胞的电生理状态。
研究人员在论文中写道，我们展示了这些主动波动与挠曲电效应这一普遍的机电特性相结合时，可以产生跨膜电压，甚至驱动离子运输。
超越单细胞的集体行为
这项研究的另一个深远意义在于对组织层面行为的解释。单个细胞的膜波动产生的电压虽然微小，当大量细胞协同工作时，这些微观电流可能汇聚成更大规模的电信号。在心肌组织、神经网络或上皮细胞层中，细胞之间通过缝隙连接和其他结构紧密相连。
如果每个细胞都在通过膜波动产生电压，那么这些局部电场可能相互叠加和同步，形成宏观可测的生物电现象。这或许能部分解释组织的集体电活动是如何从单细胞特性中涌现出来的。
研究团队特别提到，这种机制可能在大脑功能中发挥作用。神经元网络中的机电动力学可能将分子层面的挠曲电效应与复杂的信息处理联系起来，为理解大脑功能提供新的物理学视角。
总结
这项研究目前仍主要基于理论模型和数学推导，最终还需要实验证据来确认这些预测在真实生物系统中是否成立。
未来的研究需要开发更精密的测量技术，能够在纳米尺度和毫秒时间分辨率下捕捉细胞膜的电信号。返回搜狐，查看更多