Асиметричні взаємодії молекул можуть бути ключем до розуміння живої матерії

У світі живої природи існує безліч загадок, і одна з найцікавіших — це те, як саме молекули та частинки формують живі організми. Нове дослідження, проведене науковцями з відділу фізики живої матерії Інституту динаміки та самоорганізації Макса Планка, пропонує революційний погляд на цей процес.

Уявіть собі добре налагоджену компанію, де кожен працівник виконує свою роль, а всі разом створюють ефективну систему. Подібним чином функціонують і живі клітини, де кожен компонент має свої специфічні завдання. Але як саме виникає така складна організація на молекулярному рівні?

Дослідники зосередили свою увагу на вивченні асиметричних взаємодій між молекулами. У звичайних, пасивних системах взаємодії між частинками зазвичай збалансовані — якщо одна частинка притягує іншу, то й інша притягує першу з такою ж силою. Проте в живих системах часто спостерігається інша картина.

Коли науковці додали до своєї моделі несиметричні взаємодії, вони виявили дивовижний ефект. У такій системі одна частинка може притягуватися до іншої, тоді як та, навпаки, відштовхує першу. Така неврівноваженість, як виявилося, може відігравати ключову роль у формуванні та підтримці структур живої матерії.

«У пасивній системі випадкові взаємодії між частинками збалансовані і призводять до формування стабільних структур», — пояснює Лая Паркавусі, перша авторка дослідження. «Однак, коли ми додаємо невзаємні взаємодії до системи, тобто коли одна частинка притягується іншою, яка, в свою чергу, відштовхує першу, ми спостерігаємо активність, що може гомогенізувати суміш».

Ця особливість дозволяє системі адаптуватися до різних станів. За словами Навдіпа Рани, співавтора дослідження, такі стани можуть проявлятися у вигляді молекулярних конденсатів всередині клітини, які не відокремлені мембраною, або у вигляді хвиль інформації, що використовуються в клітинних сигнальних шляхах.

Відкриття має важливе значення для розуміння того, як у живих організмах підтримується порядок на молекулярному рівні. Це може пояснити, наприклад, як клітини здатні створювати та підтримувати складні внутрішні структури без використання мембран, або як передається інформація всередині клітин.

Дослідження також демонструє, що складні біологічні системи можуть виникати з відносно простих правил взаємодії. Це відкриття може мати далекосяжні наслідки для розуміння походження життя та розвитку живих систем.

Важливо відзначити, що ця робота не лише поглиблює наше розуміння фундаментальних принципів організації живої матерії, але й може мати практичне застосування. Розуміння механізмів самоорганізації молекул може допомогти у розробці нових матеріалів, ліків та навіть у створенні штучних клітин.

Дослідження було проведено науковцями відділу фізики живої матерії Інституту динаміки та самоорганізації Макса Планка під керівництвом Лаї Паркавусі та Навдіпа Рани. Результати їхньої роботи опубліковано в престижному науковому журналі Physical Review Letters.