研究发现运动细胞的普遍性——这一发现可能会影响健康和机器人技术

一项专注于分析细胞模型的研究发现，它们的运动具有普遍性，这是一项可能影响健康和机器人技术的重要发现

里斯本大学科学院物理系的Nuno Araújo参与的研究“活体生物物质中普遍共形不变性的证据”已发表在《自然物理学》上

这项研究的起点是一个问题：单个细胞如何在不意识到它们是更大整体的一部分的情况下相互作用？这项研究侧重于生物物质和细胞行为，汇集了两个主要学科：物理学和生物学

里斯本大学科学院物理系教授兼研究员、该研究的作者之一Nuno Araújo解释说：“虽然在物理学中，我们在不同系统中系统地发现了相同的模式，但在生物学中，人们总是倾向于认为每个系统都是独一无二的。”

具体来说，研究表明，“细胞的集体运动——来自狗肾细胞、人类乳腺癌症细胞或两种不同类型的致病细菌等不同系统——表现出强大的不变性。”

这个概念可能看起来很复杂，但Nuno Araújo使用西兰花的视觉例子来简化这一发现：“西兰花有树的形状，但如果我们切掉每一个分支，它看起来也像一棵树。如果我给你看每一块的照片，问哪一块最大，你就无法分辨。这就是尺度不变性，这就是我们在这里发现的。所有这些系统都有相同的尺度不变性。.“

a，两种原核生物和两种真核生物基因型的轮廓周长，作为其旋转半径的函数，包括WT铜绿假单胞菌（黄色圆圈）和过度分泌ΔpilH铜绿假单胞杆菌突变体（蓝色方块），它们各自移动得更快，以及MDCK细胞（红色菱形）和MCF-7人癌症细胞（紫色星形）。b、 缠绕角度分布的方差，在这里绘制为四个实验系统和数值模型沿曲线距离的函数，所有这些系统和模型都表现出相同的对数标度，斜率为6/7（虚线）。来源：Benjamin H.Andersen、Francisco M.R.Safara、Valeria Grudtsyna、Oliver J.Meacock、Simon G.Andersen、William M.Durham、Nuno A.M.Araujo和Amin Doostmohammadi A，左通过概率是指空间中的一个点在给定极角下位于轮廓右侧的概率。b、 从唯一共形狭缝图获得的驱动函数方差的时间依赖性。来源：Benjamin H.Andersen、Francisco M.R.Safara、Valeria Grudtsyna、Oliver J.Meacock、Simon G.Andersen、William M.Durham、Nuno A.M.Araujo和Amin Doostmohammadi研究人员重点研究了四种类型的细胞：两种原核细胞和两种真核细胞。尽管结构不同，但人们发现它们在群体中的行为相似。这为更深入地理解构成生命的基本物质打开了大门，从而带来了许多潜在的应用

这些发现有助于提高我们对肿瘤疾病及其进展（包括转移）的理解，但对组织工程也有价值，有助于人工器官的开发。此外，该研究还提供了对细菌感染如何传播的见解，这可能会导致更好的医院环境管理

这些只是它影响的几个例子：事实上，这一发现也可能在其他系统中得到应用，比如机器人。正如Nuno Araújo所解释的那样，它可以帮助改善机器人导航，甚至影响视频游戏和人工智能系统的发展

这是什么意思？已经确定了一种普遍性——这在生物学中是不常见的。Nuno Araújo说：“这为我们利用物理技术研究生物系统打开了大门，也为生物系统研究物理现象打开了大门。”

这项研究涉及里斯本大学科学院物理系和理论与计算物理中心，以及丹麦、瑞士和英国大学的几位学者 More information: Benjamin H. Andersen et al, Evidence of universal conformal invariance in living biological matter, Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02791-2

Journal information: Nature Physics