Секретный код жизни? Физики нашли единый закон для движения всех живых клеток

Группа ученых из Копенгагенского университета совершила прорыв, обнаружив скрытый математический алгоритм, управляющий коллективным движением клеток. Исследование, опубликованное в Nature Physics, показало, что колонии бактерий и клетки человеческих тканей подчиняются одним и тем же законам теоретической физики, которые ранее считались применимыми лишь к неживой материи. Это открытие не только объединяет биологию и физику, но и открывает путь к созданию новых подходов в регенеративной медицине.

Единый язык движения: от бактерий до человека

Ученые наблюдали за поведением четырех различных типов клеток: бактерий Pseudomonas aeruginosa, клеток почки собаки (линия MDCK) и клеток соединительной ткани человека. Все они были помещены на поверхность, где формировали тонкий слой. Вместо хаотичного броуновского движения исследователи зафиксировали образование устойчивых вихрей и водоворотов. Анализ границ между этими вихрями показал наличие конформной инвариантности — свойства, при котором статистические характеристики узора не меняются при изменении масштаба или деформации, если сохраняются углы.

Магическое число шесть

Для количественной оценки симметрии ученые применили математический аппарат эволюции Шрамма-Лёвнера (SLE). Результат оказался ошеломляющим: для всех четырех типов клеток, от прокариот до эукариот, параметр κ (каппа) был равен шести. В физике значение κ=6 соответствует классу универсальности перколяции — процессу протекания, аналогичному тому, как вода просачивается сквозь пористый камень или огонь распространяется по лесу. Таким образом, границы между клеточными вихрями ведут себя как вода в горной породе.

Живые лаборатории для физических теорий

Обнаружение конформной симметрии в активных, далеких от равновесия живых системах — неожиданность. Ранее такие законы находили только в системах, близких к равновесию (например, при фазовых переходах). Теперь клеточные коллективы могут стать «живыми лабораториями» для проверки предсказаний конформной теории поля, которые ранее были доступны только в компьютерных симуляциях. Это открытие стирает грань между живой и неживой природой, показывая, что за кажущимся хаосом биологической жизни скрывается строгая математическая гармония.

Практические перспективы и следующие шаги

Практическая ценность работы лежит в области синтетической биологии и регенеративной медицины. Понимание универсальных законов коллективного движения клеток может подстегнуть разработку методов выращивания искусственных тканей и органов, а также создание программируемых биологических систем. Следующий этап для ученых — выяснить, почему именно класс универсальности перколяции проявляется в клеточных коллективах и какие минимальные клеточные взаимодействия приводят к такому эффекту. Еще совсем недавно считалось, что коллективное движение клеток — это сложный, непредсказуемый процесс. Теперь же мы видим, что даже на фундаментальном уровне жизнь стремится к порядку, объединяя в своем танце простую бактерию и сложную клетку человека.