Если в комнату из приоткрытой двери просачивается запах, можно встать посредине и принюхиваться. Но точнее всего момент появления запаха уловит тот, кто стоит прямо у порога. Примерно так же действует клетка, когда ей нужно измерить концентрацию какого-то вещества вокруг. Молекулы этого вещества движутся беспорядочно, и их приходит мало — иногда буквально штуки. Казалось бы, чтобы не ошибиться, надо собирать сигнал со всего доступного объёма.
Однако авторы новой работы показали: идеальный измеритель, который видит каждую молекулу внутри себя, поступит хитрее. Он отбросит все внутренние показания и будет смотреть только на свою границу. Задача сводится к тому, как лучше взвесить наблюдения из разных точек. Когда учёные свели её к электростатике (раздел физики, описывающий взаимодействие зарядов), выяснилось удивительное: минимальную погрешность даёт вес, сосредоточенный исключительно на поверхности. Внутренность не нужна вовсе.
Этот принцип работает не только для одной клетки. Он верен для сосуда любой формы и даже в пространствах с другим числом измерений. С практической точки зрения, он объясняет, почему многие природные чувствительные системы — например, рецепторы на поверхности клеток — расположены именно на мембране, а не плавают внутри. И подсказывает, как создавать искусственные наносенсоры: не надо делать их объёмными, достаточно тонкой чувствительной плёнки. Граница и впрямь видит всё лучше.
Погрешность измерения концентрации падает, когда сенсор «сжимается» к поверхности — так же, как электрическое поле проводника выталкивается наружу и концентрируется на остриях.