拓展哺乳动物细胞内运动与玻璃态动力学之间的类比

从细菌到人类细胞，分子、细胞器及外来物体在活细胞内运动的物理机制已被广泛研究。特别是在哺乳动物细胞中，囊泡借助马达蛋白沿细胞骨架被运送至目的地。我们最近注意到此类囊泡的运动与无序“玻璃态”系统中的运动存在若干相似性，但尚不清楚这是普遍现象还是特定于某一种细胞类型中某些囊泡的特例。本文中，我们追踪了多种哺乳动物细胞类型中负责细胞能量生产的细胞器——线粒体——在 50 ms 至 70 s 时间尺度上的运动。定性观察显示，单个线粒体在较长时间内停滞于有限空间区域内，之后相对快速地移动较长距离。定量分析中，我们观察到位移分布在较短距离（$\lesssim$ 0.05 $\mu$m）近似高斯，而在较长距离（可达 0.40 $\mu$m）呈现指数衰减尾部。我们表明该行为可由最初为描述玻璃态系统运动所建立的模型很好地刻画。这些观察扩展至总计 3 种不同物体（线粒体、溶酶体及囊泡内纳米级 beads）、3 种来自 2 种不同生物（人与小鼠）的哺乳动物细胞类型。我们通过展示首次移动较长距离与后续所需时间存在差异，以及运动的弱遍历性破缺，提供了支持运动具玻璃状特征的进一步证据。总体而言，我们证明了玻璃状运动在哺乳动物细胞中的普遍性，为细胞内运动提供了不同视角。