Células vivas podrían generar electricidad a partir de su movimiento

Un grupo de científicos desarrolló una nueva explicación teórica sobre cómo las células vivas podrían generar electricidad de manera autónoma. En el centro de esta idea se encuentra la membrana celular, una capa delgada y flexible que rodea cada célula y regula lo que entra y sale de ella. En lugar de ser una barrera estática, esta membrana se mueve y se reconfigura constantemente a escalas microscópicas. El nuevo marco teórico sugiere que estos movimientos diminutos pueden dar lugar a efectos eléctricos reales.

La investigación fue liderada por Pradeep Sharma y su equipo, quienes construyeron un modelo matemático para explorar cómo las fuerzas físicas dentro de las células interactúan con la actividad biológica. Su trabajo se centra en cómo el movimiento a nivel molecular puede traducirse en señales eléctricas a través de la membrana.

Actividad Molecular que Provoca el Movimiento de las Membranas

Dentro de cada célula, las proteínas cambian constantemente de forma, interactúan con otras moléculas y llevan a cabo reacciones químicas. Un proceso importante es la hidrolisis de ATP, mediante el cual las células descomponen el adenosín trifosfato para liberar energía. Estas actividades biológicas activas no ocurren en silencio; empujan y tiran de la membrana celular, provocando que se doble, se agite y fluctúe.

El modelo muestra que estos movimientos continuos de la membrana pueden desencadenar un fenómeno conocido como flexoelectricidad. Este fenómeno ocurre cuando la deformación de un material produce una respuesta eléctrica. En este caso, la flexión de la membrana celular puede crear una diferencia eléctrica entre el interior y el exterior de la célula.

Niveles de Voltaje Comparables a las Señales Nerviosas

Según el marco teórico, los voltajes eléctricos generados a través de la membrana pueden ser sorprendentemente fuertes, alcanzando en algunos casos hasta 90 milivoltios. Este nivel es notable porque es similar a los cambios de voltaje observados en las neuronas cuando transmiten señales eléctricas.

El tiempo también coincide con lo que ocurre en el sistema nervioso. Los cambios de voltaje pueden ocurrir en milisegundos, lo que se alinea estrechamente con la forma y velocidad de las curvas de potencial de acción típicas de las neuronas. Esto sugiere que los mismos principios físicos podrían desempeñar un papel en la comunicación de las células nerviosas.

Impulsando el Movimiento de Iones Contra Gradientes Naturales

La teoría avanza aún más al predecir que estos voltajes impulsados por la membrana podrían mover activamente iones. Los iones son átomos cargados eléctricamente que las células utilizan para enviar señales y mantener el equilibrio. Normalmente, los iones fluyen a lo largo de gradientes electroquímicos, moviéndose de áreas de alta concentración a áreas de baja concentración.

El nuevo modelo sugiere que las fluctuaciones activas de la membrana podrían empujar a los iones en la dirección opuesta, trabajando contra esos gradientes. Los investigadores conectan este comportamiento a propiedades específicas de la membrana, incluyendo su elasticidad y su respuesta a campos eléctricos. Estas propiedades ayudan a determinar en qué dirección se mueven los iones y qué tipo de carga llevan.

De Células Individuales a Tejidos y Nuevos Materiales

De cara al futuro, los autores sugieren que este marco podría ampliarse más allá de las células individuales. Al aplicar los mismos principios a grupos de células, los científicos podrían explorar cómo la actividad coordinada de las membranas conduce a patrones eléctricos a mayor escala en los tejidos.

Los investigadores argumentan que este mecanismo ofrece una base física para comprender la percepción sensorial, la actividad neuronal e incluso cómo las células vivas podrían cosechar energía internamente. También podría ayudar a unir la neurociencia con el desarrollo de materiales bioinspirados e inteligentes físicamente, ofreciendo nuevas formas de diseñar sistemas que imiten el comportamiento eléctrico de los tejidos vivos.

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