如果您問什么生物結構不像自然進化的,那應該就是細菌的鞭毛馬達。
大部分細菌都可以在需要的時候長出鞭毛,然后通過旋轉鞭毛來移動自己,以便尋找食物和躲避危險。
但是鞭毛的基座有一個生物界不尋常的結構,正是它驅動了鞭毛旋轉。
因為這個納米級基體像機械馬達一樣工作,因此被稱為鞭毛馬達。
圖:鞭毛馬達的結構
鞭毛馬達無論是能量效率,還是運行能力都秒殺所有人類制造的機械馬達。
它由一組蛋白質構成,包括幾個用于固定和支撐鞭毛的環(huán),以及轉子和定子等常規(guī)馬達的結構。
鞭毛馬達由質子動力驅動,質子動力是一個比較新的概念,它的原理就是細胞通過新陳代謝產(chǎn)生濃度梯度,質子天然會從濃度高的區(qū)域通過細胞膜轉向低濃度區(qū)域,而質子跨膜過程會經(jīng)歷勢能轉化,生物可以利用這個制造ATP。
圖:鞭毛馬達質子動力示意圖
對于鞭毛馬達而言,定子結構負責將質子輸送過膜,這個過程中產(chǎn)生的力矩使轉子旋轉(大多細菌輸送的是氫離子,有一些則輸送納離子),并帶動鞭毛。
轉子本身的轉速可以達到每分鐘6000至100000次,但如果鞭毛上擁有鞭毛絲的話會大大降低鞭毛的實際轉速。
也正因為它轉速非常快,所以細菌的移動速度實際上非??欤棵肽苓_到 60個體長(也就是身體長度的60倍),作為對比,獵豹的快速度是每秒25個體長。
它不僅速度極快,它的調整方向也相當快,只要轉子上一種蛋白質略有變化,轉向就瞬間發(fā)生改變。
鞭毛馬達是一個相當復雜的結構,它只有當所有這些蛋白質都到位時才能運行,所以一些人認為生物不可能通過進化獲得這種結構,它甚至已經(jīng)成為創(chuàng)造論者的“吉祥物”。
但自然界就是這么神奇,不僅創(chuàng)造了鞭毛馬達,而且這種結構還在生物中多次獨立出現(xiàn)。
比如現(xiàn)在的古菌類,它們也擁有鞭毛馬達,而且與細菌的鞭毛馬達物理結構相似。
以前科學家認為古菌和細菌的鞭毛馬達是共同起源的,但事實證明,這只是趨同進化的結果而已。
古菌的鞭毛馬達與細菌的由眾多不同,明顯的就是它不是質子動力,而是依賴ATP。
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