Универсальные законы симметрии в движении клеток: открытие, изменяющее взгляд на жизнь

В журнале Nature Physics опубликовано исследование, доказавшее существование универсальной конформной инвариантности в коллективном движении живых клеток. Команда учёных, среди которых доцент Копенгагенского университета Амин Дустмохаммади, обнаружила: группы клеток, несмотря на эволюционные различия, демонстрируют идентичные статистические вихревые структуры, подчиняющиеся единым математическим законам.
Универсальные законы симметрии в движении клеток: открытие, изменяющее взгляд на жизнь
Изображение носит иллюстративный характер

«Когда клетки движутся коллективно, их поведение напоминает водовороты в воде, — отмечает Амин Дустмохаммади. — Мы нашли скрытую симметрию, которая одинакова для столь разных типов клеток».

Коллективное поведение возникает из взаимодействия и движения отдельных элементов системы. Обычно такие свойства сильно различаются между разными системами, что затрудняет поиск универсальных принципов. Ранее универсальные закономерности удалось выявить в неорганических системах около критических точек — например, в металлах или сплавах. Для описания таких явлений в физике применяют конформную теорию поля (CFT), которая изучает системы, обладающие инвариантностью к масштабированию и сохранению углов, особенно в фазовых переходах.

Учёные вдохновились вопросом: существуют ли схожие универсальные законы для самоорганизации живых клеток? Для проверки гипотезы были изучены четыре принципиально разные системы: дикий и мутантный штаммы бактерии Pseudomonas aeruginosa, эпителиальные клетки Madin-Darby Canine Kidney (MDCK) и агрессивные клетки рака молочной железы человека. Две системы представляли прокариоты (бактерии), две — эукариоты (животные клетки), с разными механизмами движения и биологическими свойствами.

В каждой системе формировали монослои клеток, фиксировали их перемещения с помощью высокоточного видеонаблюдения и рассчитывали поля скоростей, особое внимание уделяя локальной вращательности. Границы между областями с разной направленностью вихрей анализировали с применением теории Шрамма-Лёвнера (SLE), традиционно используемой для описания конформно-инвариантных кривых в задачах физики — перколяции, магнетизма и квантовой гравитации. Ключевой параметр — κ (каппа) — характеризует универсальный класс поведения.

Для всех четырёх систем определили одинаковое значение κ = 6, что соответствует перколяционному универсальному классу — модели прохождения через пористую среду. Это указывает на существование фундаментального универсального закона организации живой материи, который одинаково проявляется и у бактерий, и у человеческих клеток, несмотря на различие в строении и эволюционное расстояние.

Исследование объединяет биологию, математику и физику, показывая: даже находясь далеко от равновесия и постоянно потребляя энергию, живые системы демонстрируют универсальные свойства, известные ранее только для равновесных физических процессов. Как подчёркивает Дустмохаммади, понимание этих универсальных закономерностей может привести к новым подходам в изучении рака, заживлении ран и развитии тканей, а также в синтетической биологии и регенеративной медицине. Биологические системы впервые становятся экспериментальной платформой для проверки предсказаний конформной теории поля, которая до этого существовала лишь в теории и на численных моделях.


Новое на сайте

20868Уязвимости Plex открыли путь майнерам и Linux-бэкдору 20867Взлом OpenCode Console: под угрозой могли оказаться ключи OpenAI, Anthropic и Google 20866Rank Math PRO: заражённое обновление оставило на сайтах самовосстанавливающийся бэкдор 20865Как исследовательские модели OpenAI обходили ограничения и присваивали чужие данные 20864Атака на BeyondTrust: шпионская группа получила доступ к серверам поддержки 20863Как пакет imgdecode превращает npm-зависимость в загрузчик вредоносного кода? 20862Как PEERSTITCH обходит проверки VPN-сессий FortiOS? 20861Что происходит, когда ИИ-агент выходит за пределы тестовой среды? 20860Как 37-летняя ошибка открыла путь к root в OpenBSD 7.9? 20859ИИ-модели для SOC: точный ответ зависит от улик 20858Как одна учётная запись ConnectWise открыла доступ к 173 арендаторам Microsoft 365? 20857Пять минут до заражения: как подменили обновления AOMEI Backupper 20856Ловушка под видом регистрации: как UAT-11985 крадёт аккаунты Google 20855Может ли виртуальная машина прочитать память хоста? 20854Как дешёвые Android-смартфоны превращаются в чужие прокси?
Ссылка