测量人的体温毫不费力：例如，将体温计放在他们的舌头下，然后观察读数攀升到华氏 98 度左右。但这个单一的数字实际上是人体内大约 30 万亿个细胞各自产生热量的结果。热量的分散设定了整体体温，不同类型的细胞对其贡献程度各不相同。
为了真正了解生物如何调节其身体的温度，研究人员必须关注单个细胞。但即使在过去十年中，科学家近距离窥探分子相互作用的能力得到了极大的提高，他们仍然难以开发出能够从内部准确测量细胞热特性的工具。
现在，一项新的研究填补了关键的知识空白。研究人员首次测量了人体细胞内部的热导率——热量传导的速率。在一篇周五发表在科学进展上的论文中，科学家们使用微小的金刚石基传感器，这些传感器同时释放和测量热量，以证明热量在细胞中的消散速度比他们之前认为的要慢得多。“这对于我们和该领域的其他人来说都非常令人惊讶，”日本大阪大学的生物物理学家兼该论文的合著者铃木円（Madoka Suzuki）说。由于细胞中的液体是水基的，科学家们普遍认为它像水一样传递热量。但实际上，热量在细胞中的消散速度大约慢五倍——这种速度更类似于热量在油中的消散方式。铃木说，直到现在，“没有人知道活细胞的这种基本特性”。“没有这个值，我们就无法模拟细胞温度的变化。”
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哈佛大学物理学家 米哈伊尔·卢金 说：“这些是需要更好理解的有趣结果，”他开发了用于探测细胞内温度的传感器，但没有参与这个项目。“如果它们成立，那将非常重要。”
这些发现可能有助于解决生物学家感到困惑的关于细胞温度的一个主要谜团：高度局部化的热峰的存在。科学家们报告称，在细胞内不同位置之间存在几华氏度的瞬时差异，人类细胞的空间直径范围约为 5 到 120 微米。（介于尘螨粪便团块的宽度和实际尘螨的宽度之间。）一项 2018 年的研究甚至声称，线粒体（细胞的药丸状能量泵）在高达华氏 122 度的温度下运行。
细胞可以容纳如此大的温度梯度的想法令人惊讶，因为在如此微小的空间中，热量的急剧升高应该很快消散。但葡萄牙阿威罗大学的纳米科学家路易斯·卡洛斯说，这些报告令人信服，他研究细胞内测温学，但没有参与这项新研究。“我认为过去五年的实验结果一直指出细胞内存在温度波动。”
在新工作中，铃木和他的同事们在卢金首次开发的技术基础上，创建了一种荧光纳米金刚石传感器，该传感器涂有释放热量的聚合物。局部温度变化会稍微扩大纳米金刚石中的缺陷，从而改变激光照射时其荧光发光的程度。卢金说，由于金刚石非常惰性，因此该方法比其他类型的探针稳定得多。
铃木说，新工作中确定的热导率可以解释几华氏度的较小热峰，但不能解释线粒体中的巨大热浪。他推测，它们可能充当细胞内先前未被识别的信号系统。例如，热量的增加可能会告诉蛋白质折叠或展开、驱动某些酶促反应或向调节肌肉中钙水平的通道提供反馈。
铃木和卢金都认为，仍然需要更多的研究来确定这些梯度是否真的存在，如果存在，它们是如何产生的。“人们对这个悬而未决的问题感到非常困惑，而且必须解决它，”卢金说。“事实上，这种新工具可以回答这个生物学问题——我认为这真的是新的。”