細菌作為人類生活中一種常見的生物,幾乎與人類的生活息息相關,通常情況下細菌由莢膜、鞭毛、菌毛等結構組成,而且目前已知最小的細菌大約在0.2微米左右,需要在顯微鏡下才能將其看得清清楚楚。
細菌的運動能力,遠超陸地上跑得最快的獵豹。很多細菌 1 秒鐘就能跑出自己身長的 60-100 倍的距離,相當于一個成年人以時速600KM的速度奔跑。
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鞭毛馬達
為什么細菌具有如此非凡的運動能力?答案只有兩個字 —— 鞭毛,這是細菌的運動器官,也是一種獨特的蛋白質納米機器。
如果將這種細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,通過高速旋轉帶動細菌進行移動。
而且在研究中發現,細菌的鞭毛大約只有26納米左右,可是結構卻類似于飛機的發動機,為此才會將其稱之為馬達。也就是本文要說的鞭毛馬達。
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鞭毛馬達
細菌鞭毛馬達被認為是自然界中最高效、最精密的分子引擎,也是最復雜的蛋白質機器之一。
該馬達高度大約只有5納米,直徑只有2納米。麻雀雖小,五臟俱全,雖然小,但結構非常復雜。
之所以說該細菌比較復雜,首先馬達擁由170多個蛋白質組成,分子的質量大約在6.3MDA左右,同時由聯動桿、外膜環、內膜環、周質環、緩分泌裝置、接頭裝置組成。馬達的運行原理也很精妙。
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鞭毛馬達
鞭毛馬達含有質子泵,可通過轉運氫離子,帶動質子泵的轉動,完美的將化學能轉變為機械能,繼而將扭矩傳給鞭毛馬達的內膜環,促使內膜環的轉動。值得一提的是,內膜環是依靠電斥力套在連動桿上面的,等于是一個磁懸浮的軸承,沒有直接摩擦,所以整個馬達的效率非常高。
內部各個結構元件之間相互精妙的配合,使鞭毛馬達能將質子泵轉化而來的機械能,毫無損耗地迅速傳給鞭毛絲,促進鞭毛絲高速轉動。
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當我們清晰地看到鞭毛馬達的結構后,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,該馬達能夠每秒鐘旋轉300-2400圈,也就是差不多每分鐘150000轉,這意味著什么呢?
要知道,人類科技目前所能實現的最高轉速的電機馬達,也僅僅堪堪達到每分鐘100000轉。
這還沒完,如此高轉速下,居然沒有摩擦和能量損耗,你敢相信?
人類目前最先進的馬達,效率也才達到92%,別小看這8%的差距,要知道這92%的效率已經是人類的天花板了,想再進一分,都是千難萬難了。
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不得不說,大自然真的很奇妙,很多我們認為不可能進化出來的東西,也許只是還沒有被發現而已,也許這根本就不是大自然的產物。
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