2016年8月31日 星期三

細胞間的辯論撐起生命的運作

Research outlines cellular communication processes that make life possible
August 29, 2016
Oregon State University
研究學者已經找出細胞間的溝通方法,這可以解釋生物系統和行動,這些正常行為包括從心跳到如何揮出一發全壘打,也有一些蠻複雜且神奇的行為。

這項發現是很重要的基礎去了解細胞感應系統的運作,這幫助科學家對長期是萬里霧的細胞間互動撥開一層面紗。他們甚至猜測有些癌細胞造成的破壞是源自於細胞間溝通的錯誤。

Bo Sun
科學家長久以來都知道細胞有許多樣的偵測能力,例如:光、熱、神經訊號...等。

在此過程中,名叫 ATP 的化學性刺激扮演了訊號分子,造成細胞內鈣離子濃度的變化,並告訴細胞該做啥事,例如:傳送神經訊號、去看一隻鳥。這些感知的動作對生命的運作扮演重要的腳色。

俄勒岡州立大學物理學家 Bo Sun 說道:「我們了解細胞感應如何運作,及他如何回應環境。但是單獨的細胞不一定永遠得知正確的消息,他們的感知系統常常被干擾、困惑,他們也常常犯錯,但是他們有能力多個細胞合作,互相交換資訊,最後通常會得出正確的答案」

在這次的研究裡,學者們主要是幫助解釋這在動物細胞內的作用。


當細胞在一起時,他們會上演間隙連接。當單一個細胞接受到 ATP 的刺激,他就會開始震動(oscillate),一種開始動作的部分。但是當多細胞藉由間隙連接來一起工作時,除非細胞間感知道的訊號大不同,不然對 ATP 的靈敏度就會增加。震動也會調節至更加整齊劃一。

間隙連接
這樣的互動就會延續下續,接下來就會有一堆細胞發布相同的答案,而報出不同答案者也相信自己是錯了。在眾多細胞的合作與溝通中。細胞們決定真正的訊號是啥,然後訊號就很精準地繼續傳下去。

在這種精確的溝通下,心臟裡的肌細胞一起決定啥時該收縮,血液就如此地出去,收縮、放鬆,直到死亡那一刻。眼睛裡的感光器也可以看得清楚。

這研究是基於修復傷口的纖維母細胞,但是這樣的結果應該可以推廣到其他的地方。

癌症細胞則是個不太喜歡溝通的小東西。他們拒絕群體溝通,當癌症細胞成長到一定的數目時,細胞間的溝通開始減弱甚至切斷,這可能是癌症細胞造成破壞的方式之一。

Bo Sun 說道,這種感應器群體溝通(collective sensory communication)都還蠻準確的,但還是有些失誤的時候,縱使如此,這道程序使生命變的可能,當每個訊號各司其職,成效就會很可觀。


去想想一個棒球選手要去擊球,Ted Williams 覺得最難的單一動作,當一個大聯盟選手的細胞看到球飛過來。有些細胞將之視為一連串的曲線,有些視為變速球,但是大部分的細胞認定為在膝蓋高度的速球,那些細胞們就頻繁的溝通,最後他們一致所有的訊息傳到大腦內的神經。

腦內的神經元就下達了擴及全身的訊息,包含肩膀、腳,尤其是手臂。那些運動肌肉作決定要如何反應。肌肉裡的鈣離子快速又準確的反應,揮棒出去。整個程序,從感知球,下達命令到運用身體不到 0.5 秒的反應時間。

在良好的日子中,細胞間的爭執很少,訊息很一致,時間剛好,肌肉也收縮正確,球棒擊中球的球心,球就這樣地飛過外野的欄杆了。