细菌鞭毛马达：最不寻常的生物结构 质子动力每分钟10万转

如果您问什么生物结构最不像自然进化的，那应该就是细菌的鞭毛马达。

大部分细菌都可以在需要的时候长出鞭毛，然后通过旋转鞭毛来移动自己，以便寻找食物和躲避危险。

但是鞭毛的基座有一个生物界最不寻常的结构，正是它驱动了鞭毛旋转。

因为这个纳米级基体像机械马达一样工作，因此被称为鞭毛马达。

图：鞭毛马达的结构

鞭毛马达无论是能量效率，还是运行能力都秒杀所有人类制造的机械马达。

它由一组蛋白质构成，包括几个用于固定和支撑鞭毛的环，以及转子和定子等常规马达的结构。

鞭毛马达由质子动力驱动，质子动力是一个比较新的概念，它的原理就是细胞通过新陈代谢产生浓度梯度，质子天然会从浓度高的区域通过细胞膜转向低浓度区域，而质子跨膜过程会经历势能转化，生物可以利用这个制造ATP。

图：鞭毛马达质子动力示意图

对于鞭毛马达而言，定子结构负责将质子输送过膜，这个过程中产生的力矩使转子旋转（大多细菌输送的是氢离子，有一些则输送纳离子），并带动鞭毛。

转子本身的转速可以达到每分钟6000至100000次，但如果鞭毛上拥有鞭毛丝的话会大大降低鞭毛的实际转速。

也正因为它转速非常快，所以细菌的移动速度实际上非常快，每秒能达到 60个体长（也就是身体长度的60倍），作为对比，猎豹的最快速度是每秒25个体长。

它不仅速度极快，它的调整方向也相当快，只要转子上一种蛋白质略有变化，转向就瞬间发生改变。

鞭毛马达是一个相当复杂的结构，它只有当所有这些蛋白质都到位时才能运行，所以一些人认为生物不可能通过进化获得这种结构，它甚至已经成为创造论者的“吉祥物”。

但自然界就是这么神奇，不仅创造了鞭毛马达，而且这种结构还在生物中多次独立出现。

比如现在的古菌类，它们也拥有鞭毛马达，而且与细菌的鞭毛马达物理结构相似。

以前科学家认为古菌和细菌的鞭毛马达是共同起源的，但事实证明，这只是趋同进化的结果而已。

古菌的鞭毛马达与细菌的由众多不同，最明显的就是它不是质子动力，而是依赖ATP。