В ряде публикация на этом канале размещались статьи с вопросами к конструкции и формам многих живых организмов. В них, по современным меркам науки, использованы инженерные подходы и принципы, позволяющие выживать и лучше приспосабливаться в среде обитания. Одна из последних таких подборок с примерами:
В этой статье хочу остановиться на еще одних примерах из микромира, где одноклеточные организмы используют для своего передвижения принципы механики. А привод у этих микромеханизмов – электрический.
1. Жгутиковая бактерия с наномотором
Жгутиковая бактерия называется так из-за «хвоста», который вращается и это позволяет ей передвигаться в жидкой среде, где она обитает. Но привод жгута – это настоящий молекулярный электрический двигатель.
В отличие от обычных электродвигателей в макромире, работающих на основе электромагнитного взаимодействия, мотор жгутиков бактерий функционирует за счет положительно заряженного потока ионов водорода (протонов H), поступающих из внешней среды в клетку. Движение протонов осуществляется благодаря электрическому или pH-градиенту, который образуется в процессе окисления питательных веществ. Этот протонный поток провоцирует изменение формы одной из белковых молекул статора, что, в свою очередь, воздействует на белковую молекулу ротора, обеспечивая ее вращение. Здесь взаимодействие частей нанодвигателя происходит за счет электрических сил зарядов.
Причем, жгутиковый двигатель - это двунаправленная вращающаяся наномашина. Двунаправленное вращение двигателя регулируется взаимодействием между связанными с внутренней мембраной звеньями статора и С-кольцом в цитоплазме.
Скорость вращения такого двигателя – от 100 до 1700 об/с. Не в минуту, а в секунду! Несмотря на такую скорость, благодаря практически полному отсутствию инерционных сил при таком размере, бактерия может остановить жгутик всего за треть оборота и тут же начать раскручивать его в обратную сторону! Диаметр этого привода – всего 30-40 нм, а эффективность преобразования энергии превышает 95%.
В конструкцию жгутикового мотора входит даже нечто похожее на сцепление, с помощью которого мотор может отключить вращающийся ведущий вал от статора. Т.е. процесс еще и управляемый.
Исследования, проведенные учеными биологами показывают, что жгутики бактерий способны заменять компоненты своего ротора (активной части мотора) и статора в процессе его вращения. Мотор сам себя ремонтирует или модернизирует.
Существуют другие жгутиковые бактерии, где «хвост» не вращается, а раскачивается, приводя бактерию в движение.
Вот подумайте, могла ли такая сложная схема привода появиться случайным путем? Здесь явная инженерная мысль какого-то разума. Креацианисты, читая это, хлопают в ладоши. Но оставим этот вывод на суд каждого читателя. Задача статьи – привести лишь факты, а выводы пусть делает каждый свои.
Это далеко не все чудеса в мире бактерий, умеющих передвигаться.
2. Бактерия спирулины движется как шнек (вращательное движение)
Все слышали про спирулину – это название БАДа. Для многих будет открытием, что это не водоросль, как считается, а цианобактерия. И они тоже передвигаются в водной среде. Но не за счет моторчика и привода, как у жгутиковой бактерии, а за счет вращения своего тела в среде. Тело бактерии представляет собой шнек или спираль.
Посмотрите, как передвигается эта бактерия при предельном увеличении микросокопом 2000x. Диаметр бактерии 3 мкм, шаг шнека 800 нм.
Т.е. видно, что бактерия вращается в водной среде за счет «резьбы», шнека на своем теле и тем самым передвигается. Как происходит вращение? За счет каких сил и от чего отталкивается тело бактерии от среды? Сюда бы биологам подключить физику, но эти две науки редко кто объединяет в одних исследованиях.
Биологи считают, что внутри этой бактрии находится пружинный каркас, который сжимаясь, приводит во врещение тело микроорганизма. Но биологи далеки здесь от физики. Пружина сжимается относительно неподвижного центра, который должен быть вне тела бактерии и пружина делает это за один цикл. Для пружины нужна точка опоры.
Можно предположить, что все же используется инерция среды (как точка опоры) и быстрое волнообразное сокращение тела бактерии приводит ее в движение. Но какие силы приводят к таким сокращениям? Они должны быть ритмичными. Нервной системы и мозга у бактерии нет, а, значит, нет системы управления этим процессом. Эти процессы явно электрические, как и жгутиковой бактерии.
Скорость такого движения может быть разной: у бактерий Cytophaga-Flavobacteria-Bactroides порядка 2–4 мкм/c, у Mycoplasma mobile достигает 7 мкм/с, у нитчатых цианобактерий 10 мкм/с.
Можно ответить еще и так: электрический двигатель бактерии опирается на инерцию внешнего поля, создавая свое и происходит отталкивание полей и вращение бактерии. Что это за поля – магнитное или электрическое – еще предстоит ответить или опровергнуть. Но опять же, здесь используется все тот инженерный подход.
3. Скользящее или ползущее движение бактерий
Существуют бактерии, которые передвигаются «гусеничным ходом». Это скользящие бактерии, к которым относятся представители родов бактерий Chloroflexus, Chloroherpeton, Flexibacter, Mycoplasma, Spiroplasma и Isosphaera. Бактерии смещают наружную мембрану относительно цитоплазматической, что и обеспечивает их движение.
За счет чего происходит смещение слоев мембраны, каких сил и процессов? Скорее всего, опять электрических, напоминающие сокращение мышц. Но у бактерии их нет. Про то, как происходит сокращение мышечных сегментов, была статья здесь:
Когда не задумываешься об этих процессах в микромире живых организмов, все кажется естественным. Но чья мысль была использована при появлении этой жизни? Ведь эти живые микрообъекты противоречат энтропии, разрушению всего на простейшие соединения. А здесь, получается, живые объекты самоорганизовались, да еще и в сложнейшие конструкции.
Если размышлять, как это происходило, используя критерии эволюционизма, то мы должны наблюдать тысячи промежуточных типов таких бактерий, большая часть должна быть с неудачными промежуточными органеллами (неполучившимися моторами). А их нет. Да, и как они могут получиться из хаоса? Это все равно, что из груды металлолома соберется сам собой новый автомобиль.