細(xì)菌作為人類(lèi)生活中一種常見(jiàn)的生物,幾乎與人類(lèi)的生活息息相關(guān),通常情況下細(xì)菌由莢膜、鞭毛、菌毛等結(jié)構(gòu)組成,而且目前已知最小的細(xì)菌大約在0.2微米左右,需要在顯微鏡下才能將其看得清清楚楚。
細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)能力,遠(yuǎn)超陸地上跑得最快的獵豹。很多細(xì)菌 1 秒鐘就能跑出自己身長(zhǎng)的 60-100 倍的距離,相當(dāng)于一個(gè)成年人以時(shí)速600KM的速度奔跑。
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鞭毛馬達(dá)
為什么細(xì)菌具有如此非凡的運(yùn)動(dòng)能力?答案只有兩個(gè)字 —— 鞭毛,這是細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)器官,也是一種獨(dú)特的蛋白質(zhì)納米機(jī)器。
如果將這種細(xì)菌的鞭毛看作是一艘潛艇,不僅擁有完整的零部件,而鞭毛就如同潛艇的螺旋槳,通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)細(xì)菌進(jìn)行移動(dòng)。
而且在研究中發(fā)現(xiàn),細(xì)菌的鞭毛大約只有26納米左右,可是結(jié)構(gòu)卻類(lèi)似于飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī),為此才會(huì)將其稱(chēng)之為馬達(dá)。也就是本文要說(shuō)的鞭毛馬達(dá)。
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鞭毛馬達(dá)
細(xì)菌鞭毛馬達(dá)被認(rèn)為是自然界中最高效、最精密的分子引擎,也是最復(fù)雜的蛋白質(zhì)機(jī)器之一。
該馬達(dá)高度大約只有5納米,直徑只有2納米。麻雀雖小,五臟俱全,雖然小,但結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。
之所以說(shuō)該細(xì)菌比較復(fù)雜,首先馬達(dá)擁由170多個(gè)蛋白質(zhì)組成,分子的質(zhì)量大約在6.3MDA左右,同時(shí)由聯(lián)動(dòng)桿、外膜環(huán)、內(nèi)膜環(huán)、周質(zhì)環(huán)、緩分泌裝置、接頭裝置組成。馬達(dá)的運(yùn)行原理也很精妙。
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鞭毛馬達(dá)
鞭毛馬達(dá)含有質(zhì)子泵,可通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)氫離子,帶動(dòng)質(zhì)子泵的轉(zhuǎn)動(dòng),完美的將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,繼而將扭矩傳給鞭毛馬達(dá)的內(nèi)膜環(huán),促使內(nèi)膜環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)。值得一提的是,內(nèi)膜環(huán)是依靠電斥力套在連動(dòng)桿上面的,等于是一個(gè)磁懸浮的軸承,沒(méi)有直接摩擦,所以整個(gè)馬達(dá)的效率非常高。
內(nèi)部各個(gè)結(jié)構(gòu)元件之間相互精妙的配合,使鞭毛馬達(dá)能將質(zhì)子泵轉(zhuǎn)化而來(lái)的機(jī)械能,毫無(wú)損耗地迅速傳給鞭毛絲,促進(jìn)鞭毛絲高速轉(zhuǎn)動(dòng)。
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當(dāng)我們清晰地看到鞭毛馬達(dá)的結(jié)構(gòu)后,不得不驚嘆于大自然和生命的奇妙
在如此相互巧妙的配合下,該馬達(dá)能夠每秒鐘旋轉(zhuǎn)300-2400圈,也就是差不多每分鐘150000轉(zhuǎn),這意味著什么呢?
要知道,人類(lèi)科技目前所能實(shí)現(xiàn)的最高轉(zhuǎn)速的電機(jī)馬達(dá),也僅僅堪堪達(dá)到每分鐘100000轉(zhuǎn)。
這還沒(méi)完,如此高轉(zhuǎn)速下,居然沒(méi)有摩擦和能量損耗,你敢相信?
人類(lèi)目前最先進(jìn)的馬達(dá),效率也才達(dá)到92%,別小看這8%的差距,要知道這92%的效率已經(jīng)是人類(lèi)的天花板了,想再進(jìn)一分,都是千難萬(wàn)難了。
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不得不說(shuō),大自然真的很奇妙,很多我們認(rèn)為不可能進(jìn)化出來(lái)的東西,也許只是還沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)而已,也許這根本就不是大自然的產(chǎn)物。
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