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科学家在人体细胞内发现了信号电路

近日,一项研究表明,人体内的细胞就像计算机芯片一样,通过有线连接来引导信号,从而指导它们如何工作。

然而,与固定电路板不同的是,细胞可以快速地重新连接其通信网络,以改变它们的行为。这种细胞网络的发现使我们理解“指令”如何在细胞周围传递。该研究近日已发表在Nature Communications 上,由英国爱丁堡大学领导,英国心脏基金会资助。

人们普遍认为,各种形态功能和结构的细胞器漂浮在细胞质中,指示细胞该做什么的信号被认为是以波的形式传输的,而波的频率是信息的关键部分。

研究人员发现,信息通过一系列导线网络进行传输,这些导线在微小的纳米级距离内传输信号。荷电分子在这些微小距离上的运动传递信息和计算机微处理器如出一辙。

这些局部信号负责协调细胞活动,例如指示肌肉细胞放松或收缩。当这些信号到达细胞核的遗传物质时,它们会指示结构的微小变化,从而释放特定基因,使其得以表达。

基因表达的这些变化进一步改变了细胞行为。例如,当细胞从稳定状态进入生长阶段时,网络就会被完全重新配置以传输信号,该信号开启生长所需的基因。

研究人员表示,了解控制这种连接系统的代码可以帮助理解诸如肺动脉高压和癌症等疾病,并可能有一天开辟新的治疗机会。

研究团队通过研究细胞内带电钙分子的运动(这是在细胞内传递指令的关键信息),揭开了这一发现。使用高倍显微镜,他们能借助类似于获得第一张黑洞图像的计算技术来观察连接网络。科学家们说,他们的发现是量子生物学的一个例子,量子生物学是一个新兴领域,它用量子力学和理论化学来解决生物问题。

该研究通讯作者爱丁堡大学脑科学发现中心的Mark Evans教授说:“我们发现,细胞功能是由纳米管组成的网络协调的,类似于计算机微处理器中的碳纳米管。最引人注目的是,这个电路是高度灵活的,因为这个单元范围的网络可以快速地重新配置,以一种由核接收和传递信息决定的方式提供不同的输出。这是没有任何人造微处理器或电路板能够实现的。”

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