细胞骨架中的蛋白质微管是维持细胞形态和功能的重要结构，其力学性质尤其是弯曲刚度的测量长期存在争议。不同实验方法测得的微管等效弯曲刚度相差数个数量级，成为细胞生物力学领域的难题。

近日，兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室教授王记增及其团队在国际权威期刊《生物物理学杂志》发表论文，系统阐明了微管持续长度（弯曲刚度的特征参数）与其几何长度、材料参数及加载方式的关系，首次给出了持续长度随微管尺寸变化的封闭解析表达式，完美解释了不同实验结果差异的根源。

背景与争议

微管作为细胞骨架的主要组成部分，其力学行为常用蠕虫链模型描述，该模型中的持续长度被传统认为是与聚合物长度无关的常数。然而，2006年德国慕尼黑大学Erwin Frey教授团队的实验结果显示，微管持续长度依赖于其几何长度，引发学界争论。

随后，美国密歇根大学David Sept教授与荷兰阿姆斯特丹大学Fred MacKintosh教授团队通过分子动力学模拟提出微管持续长度独立于几何长度的观点，双方观点对立，难以调和。

创新方法与关键突破

面对这一僵局，王记增团队采用耦合结构力学与聚合物分子理论，结合弯曲、屈曲及统计热力学分析，创新性地“倒着画”曲线图，颠覆传统思维模式，成功推导出微管持续长度的封闭解析表达式。

这一表达式揭示了微管弯曲刚度的奇异尺寸效应，解释了为何不同实验技术测得的持续长度相差巨大，为细胞骨架力学性质的理解提供了理论基础。

奇异力学行为与生物学意义

研究还发现，微管的热扰动刚度在约15微米长度时达到最大，而在约1.5微米时最小，呈现非单调变化的奇异弯曲行为。这一特性有助于解释细胞有丝分裂后期纺锤体的稳定性，确保中心粒和染色质的有效分离，避免微管屈曲失稳。

王记增教授指出，细胞骨架不仅决定真核细胞的力学性质，还影响细胞的迁移、生长、分化和繁殖等基本功能。深入理解微管等生物聚合物的统计力学性质，对揭示生命现象及相关疾病的发病机制具有重要意义。

该研究获得同行专家高度评价，认为其对蛋白质微管力学性质的尺寸效应揭示具有重要且深远的影响，必将引起生物物理学界的广泛关注。

（原文来源：《中国科学报》2012年6月6日 A4版 综合报道）