211service.com
Hypothese: Plasmamembraantrillingen werken als cellulaire hartslag
Cellen zijn misschien wel de meest complexe machines die de mensheid kent. De enorme diversiteit aan activiteiten, machines en timing is onthutsend in omvang en complexiteit.
En dat roept een interessante vraag op: hoe wordt het allemaal gecoördineerd? Welk mechanisme gebruiken cellen om ervoor te zorgen dat cruciale biochemische gebeurtenissen in de juiste volgorde en op het juiste moment plaatsvinden?
Vandaag doet Sepehr Ehsani van de Universiteit van Toronto in Canada een interessante suggestie. Zijn idee is dat trillingen in het celmembraan fungeren als een soort cellulaire pacemaker, die een achtergrondpuls geeft voor het synchroniseren van activiteiten.
Het idee van een pacemaker is gebruikelijk in de informatica. De meeste microchips hebben een interne klok die de activiteit over de chip synchroniseert. Informatieverwerking zoals we die begrijpen zou niet mogelijk zijn zonder deze puls.
Cellen zijn in wezen ook informatieverwerkers, zij het veel complexer dan alles wat mensen ooit hebben gemaakt. Veel cellen gebruiken periodieke signalen zoals donker-lichtcycli om activiteit te synchroniseren.
De circadiane cyclus is echter veel te traag om de meeste biochemische activiteit te helpen coördineren. Elk pacemakermechanisme zou waarschijnlijk moeten werken op de tijdschaal van aminozuurvouwing, die plaatsvindt op de microsecondeschaal.
Interne activiteiten zoals cellulaire energiecycli zijn snel genoeg om de slag te slaan, maar zijn zeer variabel tussen soorten. En aangezien elk gangmakingsmechanisme vroeg in de geschiedenis van cellen moet zijn geëvolueerd, zou het over de levensboom moeten worden gedeeld.
Het resterende alternatief is het plasmamembraan, zegt Ehsani. Hij wijst erop dat het membraan picoseconde-trillingen zou moeten ondersteunen en gemakkelijk activiteit buiten de cel zou kunnen koppelen aan wat er binnenin gebeurt, een factor die verschillende soorten intercellulaire communicatie zou kunnen verklaren.
Wat meer is, het mechanisme wordt gemakkelijk doorgegeven via evolutie en gedeeld door phyla.
Ehsani zegt dat zijn idee gemakkelijk kan worden getest door celculturen te kweken in de aanwezigheid van externe trillingen die zijn ontworpen om het natuurlijke timingmechanisme te verstoren.
Dat vereist natuurlijk een beter begrip van de aard van membraantrillingen, hun consistentie over tijdschalen tot seconden en over phyla.
Dat is een interessante suggestie, maar een die aanzienlijk meer werk nodig heeft om te overtuigen. Experimenteel bewijs zou helpen, maar ook een verklaring voor hoe de machinerie in een cel dit signaal zou kunnen volgen en exploiteren.
En natuurlijk is er nog een andere verklaring voor de complexe activiteit waarvoor geen enkele pacemaker nodig is. Biologen en natuurkundigen zijn zich er terdege van bewust dat synchroniciteit spontaan ontstaat in veel complexe systemen.
Dit komt bij alles voor, van het flitsen van vuurvliegjes en hersengolven tot de beroemde ontdekking van Huygens dat klokslingers synchroon kunnen lopen. En er zijn degelijke wiskundige modellen die verklaren wat er aan de hand is.
Het is niet buiten het bereik van de mogelijkheid dat synchronie een opkomend fenomeen is in cellen waarvoor geen onafhankelijke pacemaker nodig is.
Dit is dus een belangrijke vraag en Ehsani heeft een interessante hypothese die relatief gemakkelijk te testen is.
Op basis daarvan is het zeker meer aandacht waard.
Referentie: arxiv.org/abs/1210.0168 : Tijd in de cel: een plausibele rol voor het plasmamembraan