鬼斧神工的微生物结构——鞭毛

常见的微生物有很多,我们最常接触到的大致有三种——细菌、真菌、病毒。鞭毛是很多单细胞生物和一些多细胞生物细胞表面像鞭子一样的细胞器,用于运动及其它一些功能。在三个域中,鞭毛的结构各不相同。所谓域,目前分为三大类——细菌、古菌、真核生物。细菌的鞭毛是螺旋状的纤维,像螺丝一样旋转。古菌的鞭毛表面上和细菌的类似,但很多细节不同,和细菌的鞭毛可能也不是同源的。

鬼斧神工的微生物结构——鞭毛
革兰氏阴性菌细菌鞭毛的结构

那么,三种域中,鞭毛虽然皆有,但其构成、形态都是有差别的,甚至鞭毛的运动也是不一样的。

细菌

细菌是我们较为了解的一种。细菌大部分都有鞭毛,鞭毛的作用就是驱动细菌前往它想去的地方。

不同种类的细菌有不同的数目的鞭毛。Monotrichous细菌有一个单一的鞭毛(如霍乱弧菌);Lophotrichous细菌有多种鞭毛设在细菌同样的表面上,而协调一致地行动,将细菌进往单一的方向前进;一些细菌,如selenomonas ,鞭毛有组织外胞体。

几乎所有细菌鞭毛是螺旋细丝,每一个在其基部带有旋转马达可以顺时针或逆时针转动。它们提供了几种细菌运动性中的两个运动。鞭毛马达的转速可以达到每分钟20000转,且提供鞭毛马达旋转的能量几乎百分百转化为马达的动能。

鬼斧神工的微生物结构——鞭毛
细菌鞭毛马达的离合器

当‘离合器’(黄色部分)处于‘合’的位置时,由氢离子浓度梯度推动的引擎转动,带动鞭毛使细菌向前游动;而当‘离合器’处于‘分’的位置时, 鞭毛不会转动所以细菌停止运动。如此精巧的结构在我们日常生活中出现在汽车上,汽车的马达也是如此精巧构成的,但这是依靠人类的智慧和想象力。但,这种结构出现在了自然进化的产物中,而且可以百分百的利用能量,着实不可思议。

古菌

古菌的鞭毛表面上看起来类似细菌的鞭毛。但在20世纪90年代,研究人员曾发现了古菌和细菌鞭毛的具体不同,其中包括:

  • 细菌鞭毛由流动的质子驱动,而古鞭毛几乎肯定由三磷酸腺苷驱动。
  • 细菌细胞中往往有许多鞭毛的细丝,古菌鞭毛则由许多长丝组成一捆。

真核生物

真核生物的鞭毛是由9+2的微管构成,利用动力蛋白用ATP拉动微管摆动。 鞭毛具有抗原性,可诱使宿主产生抗体。真核生物包括:植物,动物和原生生物,他们的细胞的复杂细胞凸出物像鞭子一样来回的抽打。

鬼斧神工的微生物结构——鞭毛
原核生物鞭毛以旋转运动运行,而真核鞭毛以弯曲运动运行。原核鞭毛采用旋转马达,和真核鞭毛使用复杂的滑动长丝系统。真核生物的鞭毛是以ATP驱动,而原核生物的是以质子驱动。

这三种鞭毛形态各不相同,所用的“燃料”也不尽相同,但是他们的基础结构,也就是底座“马达”是几乎相同的。这也是很多人无法相信而去质疑“进化论”的有力论据——人类尚且能够完成这类机械结构,而大自然怎么可能会“自然产出”这种结构。虽然众多科学家研究发现,其实去掉了暴露在外面的鞭毛部分,剩下的部分是可以为这些微生物提供物质交换的作用的,但是我们依旧怀疑真的是这样吗?要知道,我们人类设计的火箭、汽车、轮船等机械物,稍有不慎就会发生严重的意外,也就是说,越是精密的结构,越需要繁杂多样的零件,越容易出现问题。而鞭毛结构很好地化解了这个问题,原因是这些结构仅仅用到了20多种蛋白质,以尽可能少的的“零件”“造出”这种结构,从根本上避免了“零件”过多导致的问题。如果说这是自然产物,那么为什么只存在于这种很基本的、很简单的微生物中,而我们这些大型生物却很难见到这种“形如高智慧生命创造的”机械结构呢?这是我们都要思考的问题!

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