每一个生物都在移动——猎物从捕食者，蚂蚁到面包屑，树叶朝向阳光。但在最基本的层面上，科学家们仍在努力掌握我们自身细胞如何构建、移动、运输和分裂背后的物理学原理。
芝加哥大学(University of Chicago)物理学教授玛格丽特•加德尔(Margaret Gardel)表示:“允许生物体移动和改变形状的机制是生命固有的，它们都是物理学的基础。”“但是，尽管它们对我们理解生物学有多么重要，但其中的很多仍然知之甚少。”
加德尔领导了一项创新的新研究，首次重现了细胞分裂的机制——细胞外的分裂。实验中,由博士后金Weirich和5月21日发表在《美国国家科学院学报》上,帮助科学家理解的物理细胞开展日常活动,并可能导致医学突破的一天,新类型的创意材料甚至人造细胞。
“细胞分裂是试图创造生命的最基本方面之一，这是我们数百年来一直试图理解的事情，”该研究的资深作者加德尔(Gardel)说。他将物理学和生物学结合起来，研究细胞自我转化的方式。
细胞在体内运动，但一些最复杂的运动发生在细胞内部，因为细胞把成分和补给从一个地方运送到另一个地方，变平或膨胀，然后分裂，重新创造自己。其中一个关键的参与者是肌动蛋白，这是一种蛋白质，它自己组装成棒状和结构。
加德尔的团队想要了解肌动蛋白行为背后的物理学原理。因此，威里奇转向了科学家们解决这个问题的主要方法之一:把这些成分取出来，试着用它们在细胞外制造。
韦里奇将肌动蛋白分离出来，观察它们形成杏仁形状的水滴。当威里奇加入肌球蛋白(肌肉中常见的“运动蛋白”)时，他们自发地在液滴的两端找到中心，并将液滴捏成两半。
加德尔说，他们看到这个过程完全惊呆了。“这没有先例。它看起来就像驱动细胞分裂的纺锤体。”
与芝加哥大学的物理学家Thomas Witten和化学家Suriyanarayanan Vaikuntanathan合作，博士后研究员Kinjal disbasal建立了物理学模型。
在水滴中，杆状的肌动蛋白分子喜欢平行排列，以减少冲突，形成杏仁状。较长的肌凝蛋白分子更喜欢聚集在中心，这样它们仍然可以与肌动蛋白平行。但是当更多的肌凝蛋白聚集在一起时，它们开始粘在一起，形成有利于倾斜而不是保持平行的团簇——所以它会被挤成两半。这是第一次如此详细地研究细胞如何完成这项任务。
肌球蛋白分子(白色)聚集在杆状肌动蛋白分子(红色)的中心。(由Weinrich等人提供)
观察这个过程——生物如何利用液滴的结构来形成更多的生命——不仅有趣而且有用，加德尔说。虽然蛋白质的类型在细胞分裂上是不同的，但其基本原理可能是相似的。她说:“这是一种你需要知道的东西，可以想象为伤口制造人造组织之类的东西。”
“归根结底，生物学上的很多问题都是关于分子整体如何协同工作的，”她说，“而且因为这些物质往往内部发生化学反应，所以很难建模。”这类研究让我们有机会探索起作用的各种力量的基本原理。”
引文:“自组织马达可以分解活跃的液滴。Weinrich等人，PNAS, 2019年5月21日。DOI: 10.1073 / pnas.1814854116
资助:国家科学基金会，斯隆奖学金，国立卫生研究院。