大多數(shù)人對細菌的世界都很不熟悉，因為它們都無法被人眼直接看到，但實際上在生物世界中，細菌域占據(jù)了相當大的一類，而且現(xiàn)實中幾乎無處不在。其實很多細菌都有著十分神奇的能力，比如近日科學家們新發(fā)現(xiàn)在細菌的鞭毛上居然有著一個類似飛機發(fā)動機的馬達，其轉(zhuǎn)速非常快，每秒高達上千轉(zhuǎn)，神奇不神奇？

據(jù)《科技日報》4月21日報道，我國浙江大學生命科學研究院朱永群教授團隊與醫(yī)學院的張興教授團隊合作，首次系統(tǒng)地揭示了沙門氏菌鞭毛馬達的組裝和扭矩傳輸機制，解碼了這種細菌的運動機理。

有70%的細菌有鞭毛這種器官，這些細菌也主要靠鞭毛的擺動來活動，先前科學家們沒有認真研究鞭毛這種器官的結(jié)構(gòu)，認為它純粹是靠擺動來活動的，但是朱永群和張興教授的團隊通過高倍率電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)鞭毛是由細菌膜上的馬達、胞外的接頭裝置和鞭毛絲組成的。其中的鞭毛馬達特別神奇，它看上去就像是戰(zhàn)斗機類飛機上的渦扇發(fā)動機，但并不是向外噴出東西，而是能夠旋轉(zhuǎn)，而且速度非?？欤棵腌娋涂尚D(zhuǎn)300—2400圈，這速度比我們平時使用的打孔機等大多數(shù)的能旋轉(zhuǎn)的機器的轉(zhuǎn)速都快。

生活中離不開汽車等帶輪子的交通工具，軸承和轉(zhuǎn)輪幾乎是我們?nèi)祟惿鐣豢苫蛉钡臋C械，在動植物界，沒有一種生物進化出了具有軸承機械原理的可以旋轉(zhuǎn)的器官，沒想到在細菌界中，大部分的細菌都有這種結(jié)構(gòu)，這真的是一個讓人十分吃驚的發(fā)現(xiàn)。

此前，科學家們對細菌鞭毛馬達的詳細結(jié)構(gòu)，組件情況，運作機制等并不清晰，也不知道鞭毛馬達的工作原理（如何實現(xiàn)高效扭矩傳輸進而驅(qū)動鞭毛絲高速運轉(zhuǎn)），上述的我國科學家通過詳細的針對性的研究，解開了這些謎團——在進行這項研究時，研究者們設(shè)計出了十分溫和的鞭毛馬達純化步驟，獲得了完整而穩(wěn)定的鞭毛馬達與接頭裝置復(fù)合物樣品，然后應(yīng)用浙江大學的300千伏冷凍電鏡平臺，終于清晰觀測到了鞭毛馬達的不同組件。

就如同驅(qū)動一輛車所需要的樁子一樣，小小的鞭毛馬達擁有的組建，包括了包括聯(lián)動桿、外膜環(huán)、周質(zhì)環(huán)、內(nèi)膜環(huán)、分泌裝置以及接頭裝置等，這一套套的組件就完美地配置在只有26納米的鞭毛馬達上，制造了一個如同飛機發(fā)動機的結(jié)構(gòu)，所以稱其為“馬達”也是非常合適的，該“馬達”由175個蛋白質(zhì)亞基組成，分子質(zhì)量約為6.3MDA（極小的分子量單位），雖然小但是結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。

而通過觀察細菌及細菌鞭毛的運動也能發(fā)現(xiàn)，細菌的鞭毛也是通過鞭毛馬達旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生動力，再通過扭矩傳輸給接頭裝置，進而帶動鞭毛絲運動，這樣整條鞭毛就會如螺旋槳般推動細菌向前運動，相比較而言，它的速度也相當快，1秒鐘就可以跑出相當于自身長度數(shù)十倍的距離，如果我們?nèi)祟愑羞@樣的速度，那么百米賽只需要一秒鐘就能跑完，可見細菌的鞭毛馬達動力是非常強勁的。

這樣看來，一個細菌也可以說就是一臺機器，只是它小到了納米的級別層次上，具體來說它就是一種超分子蛋白質(zhì)機器，而鞭毛馬達就是它運動時動力來源的發(fā)動機。那么鞭毛馬達是如何啟動和運動的呢？什么力量或者說能量激發(fā)了鞭毛馬達的高速旋轉(zhuǎn)呢？研究團隊通過觀測和分析發(fā)現(xiàn)其上含有質(zhì)子泵，可以通過轉(zhuǎn)運氫離子帶動質(zhì)子泵的轉(zhuǎn)動，相當于將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)槌闪藱C械能，這樣一來就可以將扭矩傳給鞭毛馬達的內(nèi)膜環(huán)，促成內(nèi)膜環(huán)的轉(zhuǎn)動起來，研究團隊主導者之一的張興還稱：“（鞭毛馬達）內(nèi)部各個結(jié)構(gòu)元件之間的相互配合十分精妙，可使鞭毛馬達將質(zhì)子泵獲取的機械能迅速傳給鞭毛絲促其高速轉(zhuǎn)動。這是不是十分巧妙？

這項研究的相關(guān)論文日前發(fā)表于國際頂級期刊《細胞》上，文章揭示了微觀世界中細菌運動的部分原理，從原子的層面揭示了鞭毛馬達的結(jié)構(gòu)和工作原理，為細胞學研究指出了新方向，也為生命科學和生物進化論。提供了新的證據(jù)和課題，并為今后抗生素的設(shè)計提供了新的思路。

參考資料：

《科技日報》4月21日文章《新發(fā)現(xiàn)！讓細菌高速運動的“馬達”結(jié)構(gòu)被成功解析》