كيف تضبط محركات الخلية حجم القطرات سريع
داخل الخلية توجد قطرات سائلة صغيرة جدًا، مثل كريات الزيت في الماء. تتجمع من البروتينات والحمض النووي الريبوزي (RNA) وتؤدي وظائف متنوعة: من تخزين الجزيئات إلى تسريع التفاعلات. لكن إذا بدأت القطرات في الاندماج مع بعضها البعض، فستتشكل بركة واحدة كبيرة، وهذا سيكسر تنظيم الخلية بأكمله. كيف تمنع الخلية القطرات من الالتصاق وتحافظ عليها بالحجم المناسب؟
اتضح أن المحركات الجزيئية (motor proteins) تشارك في ذلك، وهي بروتينات تخطو على طول الخيوط داخل الخلية وتنقل الحمولات. لاحظ مؤلفو الدراسة أن البروتينات التي تُبنى منها القطرات تلتصق أحيانًا بالمحركات لفترة قصيرة. تحملها المحركات على طول الخيوط، وهذا يبعثر القطرات في اتجاهات مختلفة. تخلق هذه الحركة نوعًا من التنافر غير المرئي بين القطرات: لا يمكنها الاقتراب من بعضها البعض وتتوقف عن النمو. ونتيجة لذلك، تبقى القطرات صغيرة وتتوزع بالتساوي في جميع أنحاء الخلية.
بنى العلماء نموذجًا بسيطًا: تلتصق البروتينات بالمحركات بشكل عشوائي، وتحملها المحركات بسرعة ثابتة، ثم تنفصل البروتينات. أظهر النموذج أن حجم القطرات يعتمد على سرعة المحركات وتكرار الالتصاق. على سبيل المثال، إذا زادت سرعة المحرك 16 مرة، تصبح القطرات أصغر بمقدار النصف. هذا مريح جدًا للخلية: يمكنها ضبط حجم القطرات بمجرد تغيير عمل المحركات.
تشبه هذه الآلية عمل منظم المرور على الطريق: المحركات، مثل القاطرات الصغيرة، تبعثر القطرات وتمنعها من الالتصاق. تستخدمها الخلية للتحكم في "قطراتها" الداخلية، من الصغيرة جدًا التي يبلغ حجمها مئات النانومترات إلى الميكرونية. فهم هذه العملية سيساعد ليس فقط في فهم حياة الخلية، بل أيضًا في إنشاء مواد نشطة اصطناعية يمكن فيها ضبط القطرات من حيث الحجم والشكل.
يعتمد حجم القطرات على سرعة المحركات بشكل ضعيف جدًا: إذا زادت السرعة 16 مرة، يتقلص القطرة إلى النصف فقط. وهذا يجعل النظام مقاومًا للتقلبات العشوائية.
في الخيال العلمي غالبًا ما تُظهر الروبوتات النانوية التي تعيد بناء الخلايا من الداخل. هنا تستخدم الخلية نفسها محركاتها كتلك الروبوتات لتشكيل قطرات بالشكل والحجم المطلوبين.