Что общего между раковыми клетками, бактериями и законами геометрии? Оказывается — удивительно многое.
Каждое живое существо, от бактерии до человека, состоит из клеток, которые могут двигаться, объединяться и взаимодействовать между собой. Этот коллективный «танец» клеток играет важнейшую роль в заживлении ран, эмбриональном развитии и даже в прогрессировании рака. Но как эти движения можно описать? Есть ли скрытые закономерности, общие для всех живых организмов?
Недавнее исследование международной команды учёных, опубликованное в Nature Physics, показало, что несмотря на огромное разнообразие клеток и их поведения, существует универсальный принцип, объединяющий их движения — конформная инвариантность.
Что такое конформная инвариантность?
Это математический принцип, по которому формы и углы сохраняются при определённых преобразованиях, например, при увеличении или вращении. В физике этот принцип давно используется для описания турбулентности и фазовых переходов в неодушевлённой материи. Но вот впервые он зафиксирован и в живой материи.
Как это было обнаружено?
Учёные наблюдали за движением клеток четырёх различных типов:
- клетки собачьей почки (MDCK),
- агрессивные раковые клетки груди (MCF-7),
- и две формы бактерий Pseudomonas aeruginosa (дикая и мутантная).
Они анализировали вихревые структуры, возникающие при коллективном движении клеток в монолаяре (тонком однослойном слое клеток). Эти вихри напоминали водовороты, возникающие при перемешивании жидкости. Оказалось, что формы границ этих вихрей подчиняются тем же математическим законам, что и фрактальные кривые, известные в статистической физике как эволюции Шрамма–Лёвнера (SLE) с параметром κ = 6 — это именно тот случай, что соответствует перколяции, или распространению через пористую среду.
Почему это важно?
Это открытие говорит о том, что в самых разных биологических системах могут существовать одинаковые геометрические законы, не зависящие от вида клеток, их размера или скорости движения. Другими словами, живая материя может обладать универсальными свойствами, аналогичными тем, что известны в неорганических системах на грани фазового перехода.
Биология + физика = новое понимание жизни
Этот результат не только объединяет биологию и физику, но и предлагает новые подходы к изучению жизненных процессов, таких как рост опухолей, заживление тканей и организация многоклеточных систем. Он также открывает возможности для применения строгих математических теорий в таких сложных и «хаотичных» системах, как биологические ткани.
Что дальше?
Хотя это исследование проводилось в двухмерных клеточных слоях, учёные уже задумываются о том, можно ли расширить его принципы на трёхмерные структуры — как в настоящем организме. Если это удастся, мы получим мощный инструмент для предсказания поведения клеток в самых разных биологических и медицинских задачах.
Подписывайтесь на канал чтобы не пропустить новые статьи