本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
我九歲時，生物學給了我第一次存在危機。我擔心，如果我是由數萬億個微小細胞組成的，那麼是什麼阻止我像一個乾枯的沙堡一樣散成一堆？近二十年後，作為加州大學戴維斯分校的數學博士生，我仍在試圖弄清楚細胞如何凝聚在一起，例如在動脈內壁中，或者如何移動，例如當免疫細胞在體內追捕入侵者時。我混合使用生物學、物理學和數學來完成這項工作。
移動和保持靜止似乎完全不同，但它們有一個關鍵的共同點：力。細胞需要力才能抓住給定的表面並將其拉過身體，也需要力來抵抗日常的重力、血流或簡單的身體運動。
細胞用來產生這種力的機制是一種複雜的“纜線”組合，這些“纜線”由一種名為肌動蛋白的蛋白質製成，它們縱橫交錯並連線成一種堅固的網格，並點綴著分子“馬達”，即第二種蛋白質，稱為肌球蛋白。肌球蛋白抓住肌動蛋白並用力拉動。這種力會擴散到相互連線的網格中，並擴散到周圍的世界，使細胞能夠抓住周圍的世界。
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細胞有多種令人眼花繚亂的選擇來佈置它們的纜線網路以及在哪裡放置它們的分子馬達。各種排列方式解釋了為什麼肌肉細胞產生力的方式與皮膚細胞不同，以及為什麼有些細胞擅長拼命抓住，而另一些細胞更擅長四處爬行。
這就是數學發揮作用的地方。僅僅在顯微鏡下觀察細胞很難確切知道它產生多少力以及它可以利用這種力做什麼。它會移動嗎？改變形狀嗎？還是隻是坐在那裡？
我們數學家的工作是提出方程式，以幫助解釋這些纜線和馬達（以及其他一些生物機器）如何組裝成細胞的驅動引擎。如果幸運的話，我們的方程式可以幫助生物學家理解他們在實驗室中看到的東西，甚至可以更好地選擇進行哪種實驗。
下面這個影片，來自我們實驗室一些成員在2013年9月發表在《細胞生物學雜誌》上的一篇論文，展示了肌球蛋白馬達（紅點）抓住並拉動一些肌動蛋白纜線的計算機模擬。這種模擬有助於生物學家理解馬達的力如何影響細胞內部纜線的排列。
現在您已經看到了特定區域的模擬，請觀看我們實驗室另一位成員製作的這個影片，它模擬了整個細胞如何移動。此影片是當前研究細胞如何進行物理轉動的專案的一部分——正如您所見，這個不幸的流浪者被困在原地打轉。
那麼需要保持靜止的細胞呢？目前，我正在與一群非常有才華的法國生物學家合作，他們想了解靜止細胞如何產生力。您可以檢視他們的網站，觀看一段令人驚歎的科學與藝術結合的影片，其中展示了細胞在巴黎建築物上爬行的景象。
上面影像中的實驗對於像我這樣的數學家來說是夢想成真。透過這些圖片——你可以清楚地看到這些纜線是如何鋪設的以及細胞產生多少力——寫出數學方程式來精確描述這些纜線如何轉化為細胞對周圍世界施加的力並不那麼困難。
幾個月後，我可能就可以幫助回答九歲的我提出的問題，即為什麼我們不會分崩離析。