Капли масла научили «пить» и менять форму, словно живые клетки: видео

Одно из самых удивительных свойств живой клетки — морфогенез, то есть способность изменять собственную форму, создавать внутренние изолированные отсеки и поглощать объекты из окружающей среды. Обычно эти процессы требуют сложнейшего биологического инструментария: работы генов, белков и активного клеточного скелета. Однако команде ученых из Нью-Йоркского университета удалось воссоздать это поведение в абсолютно неживой системе, используя лишь три простых компонента — микроскопические капли масла, воду и мылоподобные молекулы. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Communications, доказывают, что фундаментальные признаки живого могут возникать исключительно на стыке химии и физики, без участия белков или генетического кода.

Исследователи поместили микроскопические сферические капли масла в водную среду и добавили к ним поверхностно-активное вещество — блок-сополимер P123, молекулы которого по своим свойствам напоминают обычное мыло.

Результат превзошел ожидания ученых: под воздействием этих молекул капли масла начали самопроизвольно трансформироваться, принимая причудливые и сложные формы. Они превращались в подобия цветов, гантелей, дисков, чаш и даже разветвленных дендритных структур, которые внешне удивительно похожи на дендритные клетки человеческой иммунной системы.

В отличие от большинства живых организмов, где изменения формы клеток часто необратимы, в масляной системе этот процесс оказался полностью управляемым. Просто регулируя концентрацию мылоподобных молекул или изменяя температуру раствора (нагревая и охлаждая образцы), авторы работы смогли заставлять капли переходить от одной формы к другой и возвращаться в исходное состояние, обращая вспять весь путь морфогенеза.

Помимо изменения геометрии, ученые зафиксировали еще одно характерное поведение: капли масла научились буквально заглатывать окружающую среду. При создании определенных условий масляная капля сворачивается внутрь себя, формируя углубление, обволакивает окружающую жидкость и запечатывает внутри все, что плавало поблизости.

Этот процесс практически идеально копирует макропиноцитоз — биологическое явление, которое ученые часто называют «клеточным питьем», когда живая клетка захватывает порцию внешней среды. В эксперименте физиков капли проделали это самостоятельно, не задействуя ни одной биологической детали.

Авторы подчеркивают, что их работа не является созданием искусственной жизни или точным воспроизведением биохимии. Вместо этого они получили идеальную и простую модельную систему. Изучать физические принципы изменения формы внутри живой клетки крайне трудно из-за сотен сопутствующих биологических факторов. Упрощенная платформа из масла и воды позволит физикам детально исследовать механику клеточного поведения.

Кроме того, открытие открывает путь к созданию «умных» адаптивных материалов. Такие микроконтейнеры смогут самостоятельно менять форму в ответ на раздражители и захватывать ценные грузы, создавая вокруг них защитную капсулу.

Ученые добились автономного самовоспроизведения неживых молекул

Создан первый искусственный молекулярный двигатель, который ходит по ДНК

Искусственную молекулу ДНК собрали на несуществующих в природе связях

Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX