細胞有著復(fù)雜的代謝系統(tǒng)，不過它們的祖先原始細胞，僅僅由膜和少數(shù)幾個分子組成，是一種既簡單又完美的功能體系。

慕尼黑工業(yè)大學(xué)TUM的Andreas Bausch教授，一直致力于使用基礎(chǔ)原料創(chuàng)造出擁有特定功能的簡單細胞模型?，F(xiàn)在，他領(lǐng)導(dǎo)研究團隊構(gòu)建了一個具有生物力學(xué)功能的類細胞模型，該模型能夠在沒有外界影響的情況下自己移動和改變形態(tài)。這一成果發(fā)表在本期的Science雜志上。

這項研究中的類細胞模型，是一個包括膜外殼、兩種不同的生物分子和一些ATP燃料的囊泡。囊泡外殼是類似于天然細胞膜的雙層磷脂膜，囊泡的內(nèi)部填入了微管（細胞骨架）和驅(qū)動蛋白。從物理角度看，這些微管在細胞膜下形成了二維液晶（two-dimensional liquid crystal），處于持久的運動狀態(tài)。

在細胞中，驅(qū)動蛋白一般作為分子馬達，沿著微管運輸細胞的建設(shè)原料。在這項研究中，這些分子馬達持續(xù)不斷地推動微管，當然這需要ATP為其提供能量。

這個人造細胞之所以能變形，是因為Poincaré-Hopf定理也稱為毛球定理。通俗地講，該理論認為梳平毛球的嘗試一定會產(chǎn)生尖角，因此“永遠不可能撫平一個毛球”。在這項研究中，總有一些微管不能在細胞膜下規(guī)矩地平躺下來，會在特定的位置出現(xiàn)翹起。由于驅(qū)動蛋白在不斷試圖排好微管，翹起的部位也會隨之改變。令人稱奇的是，這一過程非常統(tǒng)一而且具有周期性，在兩個固定的方向之間振蕩。

只要囊泡還是球形，微管的排列問題就不會影響膜的外部形態(tài)。然而一旦滲透失水，囊泡就會根據(jù)微管運動而改變形態(tài)。如果囊泡進一步失水，松弛的膜就會形成突起，類似于細胞移動時所用的結(jié)構(gòu)。

在這種情況下，人造細胞會出現(xiàn)各種各樣的形態(tài)和動態(tài)，雖然看起來像是隨機發(fā)生的，但它們實際上遵循著物理學(xué)規(guī)則。Bausch指出，人們可以在這個模型的基礎(chǔ)上增加復(fù)雜性，以可控的方式重建細胞遷移或細胞分裂等過程。