科学家最近提出了一种新的理论，揭示活细胞可能通过其细胞膜的自然运动自发产生电信号。这些快速的电信号可能在细胞通讯和感知周围环境中发挥重要作用，为生命活动提供新的物理学视角。

分子运动驱动膜波动

细胞内部始终处于动态活动中，蛋白质在执行功能时会改变形状，化学反应释放能量以维持细胞的生命活动。例如，三磷酸腺苷（ATP）的水解过程是细胞获取能量的重要途径。这些生物化学活动对细胞膜施加力，使其发生弯曲、起伏和波动。

根据这一新理论模型，这些形状变化不仅仅是机械性的。当细胞膜弯曲时，可以通过一种称为“挠曲电效应”的物理机制产生电荷。这种效应将膜的运动与跨膜电压直接联系起来，为细胞的电信号产生提供了新的解释。

电压水平堪比神经元信号

研究发现，细胞膜上的电位差（跨膜电压）可能达到90毫伏，这一数值与神经元发送信号时的电压变化相当。此外，电压波动的时间尺度可在毫秒内发生，与典型的动作电位曲线速度和形状高度吻合。这一发现表明，细胞膜的动态活动可能在细胞信号传导中具有重要作用。

离子定向运输的新机制

研究还预测了膜运动产生的电信号能够主动推动离子逆着其电化学梯度方向运动。这种现象取决于细胞膜的弹性和介电性质。离子运输在细胞信号传导和维持细胞内环境平衡中至关重要，而这一新机制为理解细胞内离子运动提供了新的视角。

从单细胞到组织与材料

未来，研究人员计划将这一理论从单细胞扩展到细胞群，探索协调的膜活动如何在组织层面产生集体电行为。他们认为，这一机制为理解感觉知觉、神经元放电以及活细胞的能量收集提供了物理基础。同时，这一研究可能启发仿生材料和物理智能材料的发展，进一步推动生物科学与工程学的交叉融合。

参考信息
“Flexoelectricity and the fluctuations of (active) living cells: Implications for energy harvesting, ion transport, and neuronal activity” by Pratik Khandagale, Liping Liu and Pradeep Sharma, 16 December 2025, PNAS Nexus.
DOI: 10.1093/pnasnexus/pgaf362