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      細菌增壓馬達
      
			
      
				2018-12-14 11:50:15
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      研究人員利用詳細的三維圖像，展示了細菌如何進化出不同功率的分子馬達以優(yōu)化游泳。倫敦帝國理工學院的一個團隊發(fā)現(xiàn)了這一發(fā)現(xiàn)，為分子規(guī)模的進化提供了見解。細菌使用幾十納米寬的分子馬達來旋轉尾巴(或“鞭毛”)，將它們推入棲息地。與人造馬達一樣，這些納米級機器的結構決定了它們的動力和細菌的游泳能力。此前，帝國帝國生命科學部的團隊研究了這些電機，發(fā)現(xiàn)了決定細菌游動強度的關鍵因素。與人造馬達一樣，細菌馬達具有獨特的“定子”和“轉子”組件，它們相互旋轉。研究小組發(fā)現(xiàn)，細菌運動所具有的定子結構越多，其轉動力越大，細菌游動的能力越強。盡管存在這些差異，DNA序列分析顯示核心電機與祖先相關。這導致科學家質疑結構和游泳多樣性是如何從相同的核心設計演變而來的。
      

      細菌增壓馬達
      

      現(xiàn)在，在今天發(fā)表在“ 科學報告 ”雜志上的新研究中，研究人員通過將三維成像與DNA分析相結合，能夠建立細菌馬達的“家譜”。這使他們能夠了解祖先電機的外觀，以及它們如何演變成今天所見的復雜電機。該團隊發(fā)現(xiàn)了原始和復雜細菌物種的發(fā)動機之間的明顯差異。雖然許多原始物種有大約12個定子，但更復雜的物種有大約17個定子。這與DNA分析一起表明，古代汽車也可能只有12個定子。研究人員表示，原始物種和復雜物種之間的這種明顯分離代表了進化中的“巨大飛躍”。他們的研究表明，電機功率容量的增加可能是現(xiàn)有結構融合的結果。這形成了結構支架，以結合更多定子，這些定子結合起來以更高的力驅動旋轉。
      

      細菌如何渦輪增壓他們的馬達
      

      首席研究員Morgan Beeby博士說：“我們習慣于觀察動物或植物規(guī)模的進化，例如長頸鹿的頸部隨著時間的推移慢慢變長，以達到以前難以接近的食物。“然而，在分子尺度上的演變更加激進。它就像一只長頸鹿突然長一米的長頸鹿。”
      

      為了進行這項研究，該團隊使用一種稱為低溫選擇顯微鏡的方法，對來自不同種類細菌的多種電機進行了可視化，該方法的先驅者今年獲得了諾貝爾化學獎。該方法涉及使活細胞內的馬達快速冷凍。一旦凍結，它們就可以從各個角度成像，以建立電池內部電機外觀的三維圖像。然后，他們使用DNA序列分析建立了該物種的“家譜”，這與他們的游泳能力和運動特性有關。他們發(fā)現(xiàn)具有17個或更多定子的細菌及其親屬在其馬達上附加了額外的結構。研究人員認為，這些額外的結構融合在復雜的細菌中，以提供更大的支架，以支持更多的定子。
      

      然而，他們也說這可能不是一次性事件。額外的結構似乎已經(jīng)在不同種類的細菌中進化了許多次，使用不同的構建塊但產(chǎn)生相同的功能。以前在動物和植物王國中已經(jīng)看到了在完全不同的生物體中獨立發(fā)展的相同功能。例如，昆蟲，蝙蝠和鳥類都有進化出的翅膀，它們在功能上相似但起源完全不同，眼睛已多次出現(xiàn)，并且有充分的證據(jù)表明神經(jīng)系統(tǒng)也進化了好幾次，有些生物擁有奇怪的系統(tǒng)，不像我們習慣的大腦和脊髓。
      

      Beeby博士說：“細菌馬達是復雜的機器，但通過這樣的研究，我們可以看到它們是如何在不同的步驟中進化的。此外，從12個定子到17個的”跳躍“，而一個偉大的創(chuàng)新，有一個方面'生物必然性與高等動物的翅膀，眼睛或神經(jīng)系統(tǒng)一樣：高扭矩的前兆已經(jīng)進化了多次，其中一組最終融合形成我們在工作中描述的支架。“他補充說：“進化是一個創(chuàng)造性的過程，經(jīng)常利用主題的變化。它不斷地產(chǎn)生新的分子思想，其中許多失敗，但不可避免地有些人多次實現(xiàn)。我們在動物身上看到了這一點，現(xiàn)在我們在納米分子進化的世界中看到這個過程。“
      
			

			
        
      
			
      
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