科學研究：破解人體溫度的更多細節

測量體溫 圖片來源：pixabay
測量一個人的體溫並非難事，隻需將體溫計放到這個人的舌頭下麵，示數便會攀升到98華氏度左右。這一溫度實際上是由人體內約30萬億細胞產生的熱量共同形成的。這一熱量遍布人的全身形成人體體溫，並且不同種類的細胞所釋放出的熱量是不同的。
為了真正了解生物調節體溫的機製，研究人員必須在單個細胞層麵進行進一步的研究。雖然科學家近距離監測分子之間相互作用的能力在過去十年之內有了顯著的提升，但是開發能從細胞內部精確測量熱性質的工具仍然很困難。
現在一項新的研究填補了這一重要的星空体育官网入口网站空缺。研究人員首次測量到了人體細胞的熱導率，即熱量被傳導的速率。在一篇上周五發表在Science Advances的文章中，科學家們利用能夠同時釋放與測量熱量的微型金剛石傳感器，發現細胞內熱導率要比之前預計的低得多。日本大阪大學生物物理學家Madoka Suzuki是這篇文章的作者之一，他說：“我們和該領域其他人都感到十分驚訝”。由於細胞內的液體是由水構成的，科學家們通常認為這些液體會如同水那樣傳導熱量，然而細胞內熱量傳導速率僅為水的1/5，與油的熱導率類似。Suzuki表示：“此前沒有人了解活細胞的這一基本屬性，而如果不知道熱導率，我們就無法建立細胞內溫度變化的模型。”
哈佛大學物理學家Mikhail Lukin表示：“人們需要進一步研究這些有趣的結果”，Lukin研發了測量細胞內溫度的傳感器，但並沒有參與到這一項目中來，“如果這些結果被證實是正確的，他們將對未來研究十分重要”。
這些發現也許能夠幫助人們了解困擾生物學家已久的有關細胞溫度的重大謎題，也就是極端局部化熱量激增現象的存在原因。科學家曾經在人體細胞內發現有兩點之間出現了幾華氏度的瞬時溫度變化，這一空間的直徑大概在5到120微米之間（也就相當於是在塵蟎糞便寬度到塵蟎本身寬度之間）。2018年的一項研究甚至稱細胞中的長條形能量工廠線粒體，是在122華氏度（50攝氏度）的高溫下工作的。


線粒體 圖片來源：pixabay
細胞內可以存在跨度如此之大的溫度梯度，這讓人十分震驚，因為細胞的空間是如此小，而激增的熱量又會快速傳導開。但葡萄牙阿威羅大學的納米科學家Luís Carlos表示：“這份報告十分令人信服”，Carlos主要研究細胞間溫度測量，但並沒有參與到新研究中來。“我認為過去五年的實驗數據都一致指明細胞內存在溫度波動”
Suzuki和他的同事在新的研究中，借助了最先由Lukin開發的技術創造出由熱釋聚合物包裹的熒光納米金剛石傳感器。無論多麽輕微的局部溫度改變都會擴大納米金剛石的缺陷從而改變在其激光照射下發出的熒光強度。Lukin表示，由於金剛石具有高度的惰性，這種方法要比其他的測量方法更穩定。
Suzuki表示，新研究確定的熱導率雖然不能解釋線粒體中劇烈的熱量激增，但是可以解釋幾華氏度這樣程度較輕的熱量增加。他認為這些熱量變化是人們從未發現的細胞內信號係統。例如，熱量的上升也許能指導蛋白質折疊或散開，能推動某些酶促反應的進行，或者為肌肉中調節鈣離子濃度的通道提供反饋。


蛋白質的折疊與散開 圖片來源：pixabay
Suzuki和Lukin一致認為需要進行更多的研究才能夠確定這些溫度梯度是否真的存在，如果真的存在他們又是如何產生的。Lukin表示：“這是一個令人困惑的重要問題，我們必須解決它，事實上這一新的工具就有可能回答這個生物問題——我覺得這真的是非常重要的新進展了。”
撰文：Alla Katsnelson
翻譯：先雨
審校：殷姝雅
引進來源：科學美國人
引進鏈接：https://www.scientificamerican.com/article/mysterious-heat-spikes-inside-cells-are-probed-with-tiny-diamonds/


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