东京大学颠覆物理课本：细胞内的热量竟然“赖着不走”

你手中的物理课本可能得重写一章了。东京大学在2026年5月发表于《自然·通讯》杂志上的一项研究揭示，热量在活细胞内的表现完全是个“异类”。它不像在水或其他流体中那样迅速散开，反而会“赖着不走”。研究团队将这种颠覆认知的现象形象地称为 “非扩散热”（nonspreading heat），这一发现迫使我们重新审视纳米尺度下生物系统内的热量传递法则 。

精准的实验：如何捕捉“赖皮”的热量

要观察如此微观而快速的热变化并不容易。由冈部浩贵（Kohki Okabe）和宝田将治（Masaharu Takarada）领导的团队，将两项尖端技术合二为一，才得以一窥究竟：

• 高速温度成像技术： 他们使用了一种定制的荧光高分子温度计，并结合高速荧光寿命成像显微镜。这就像一个拥有毫秒级时间分辨率和亚细胞级空间分辨率的超灵敏热成像相机，能够捕捉到细胞内最细微、最快速的温度变化 。
• 精准激光加热： 通过一束红外激光，研究者可以对细胞内的一个特定点进行精确的热脉冲加热。随后，通过追踪其降温曲线，他们就能精确计算出细胞恢复基准温度的速度 。

决定性对比：细胞 vs. 脂质体

为了证明这一奇特现象是活细胞独有的，研究团队进行了一组至关重要的对比实验。他们对人造脂质体（一种尺寸与细胞相近、结构简陋的液体囊泡）施以相同的加热和测量流程。结果呈现出惊人的差异：在脂质体中，热量迅速消散，完全符合标准流体扩散方程的预测；然而，在活细胞内，同样的热量却消散得显著更慢 。

这一直接对比清楚地排除了其他可能。脂质体本质上是用膜包裹的一包水。而细胞虽然含有类似的含水胞液，但内部还挤满了高浓度的蛋白质、各类细胞器以及构成细胞骨架的分子网络。研究由此得出结论：正是这些胞内的其他生物分子困住了热量 。

挑战教科书：物理学里的“幽灵”

这项发现的意义远不止给现有理论添加一个注脚那么简单，而是构成了一种直接的挑战。标准的热力学和流体力学都认为，在液体环境中热量应当迅速扩散。但东京大学的研究发现，细胞内的热扩散不仅缓慢，而且还具有位置依赖性。降温速率会因加热的部位及其周围的分子结构不同而发生变化 。

研究团队在论文中坦言：“‘非扩散热’这一现象史无前例，我们无法依靠现有的教科书来解读其物理机制。” 这种复杂性要求科学家们重新思考，能量在拥挤且充满活力的生物微观世界里究竟是如何流动的。

重塑认知：热量在我们体内扮演的角色

这一发现的影响远远溢出物理学领域，渗透到了我们对生物学和疾病的基本理解中。

• 热量作为细胞信号： 首席研究员冈部浩贵提出，被滞留的热量不仅仅是新陈代谢的副产品。相反，它可能扮演着一种高浓度的局部能量源，细胞会主动利用它来驱动特定功能。这一观点将热量从被动的代谢废物，重新定义为一种参与细胞调控的“主动信号” 。
• 潜在的医学应用： 我们已知，细胞内1至2摄氏度的自主温度变化，就足以影响神经干细胞分化、热休克反应和炎症等关键过程。一旦理解了细胞是如何自然地困住并利用这些热量，就有可能为那些与体温变化相关的疾病——包括癫痫、炎症和癌症——开辟全新的治疗策略 。

这项题为《活细胞中的非扩散性慢速散热诱导局部高温》的开创性研究，已于2026年5月发表在权威期刊《自然·通讯》上 (DOI: 10.1038/s41467-026-71878-y) 。