Как работает клеточный двигатель, изобретенный бактериями

Популярная механикаНаука

Нанодвигатель: как работает мотор, созданный бактериями

Ротор, статор, тормоз и трансмиссия: как работает клеточный двигатель, изобретенный бактериями миллиарды лет до первого автомобиля, первого станка и первого человека.

Роман Фишман

С тех пор как десять лет назад в России случился нанотехнологический бум, мы с нетерпением ждем обещанной революции – «умных» приборов, материалов и механизмов, с ювелирной точностью собранных из отдельных молекул и даже атомов. К сожалению, до сих пор разработать, пустить в массовое производство и с успехом применять молекулярные наномашины удалось разве что самой природе. Один из самых поразительных примеров этому дают жгутики обыкновенных бактерий.

Их устройство столь совершенно, что сторонники некоторых псевдонаучных концепций часто упоминают жгутики в числе систем с «неупрощаемой сложностью»: дескать, этот механизм настолько сложен и внутренне взаимосвязан, что никак не мог возникнуть в ходе постепенной эволюции, по частям, а появился сразу в готовом виде, в результате «разумного замысла». Обоснованную критику подобных взглядов легко найти в Сети. Мы же лучше взглянем на устройство этой поразительной машины – пример высоких нанотехнологий от организмов, которые мы привыкли считать низшими.

Двигатель

Большинство бактерий, способных к активному движению, используют для этого жгутики – длинные и упругие белковые нити, быстрое вращение которых проталкивает клетку в жидкости. Мощность этого молекулярного устройства поразительна, позволяя микробу преодолевать дистанцию до 100 длин собственного тела в секунду. Для сравнения, разогнавшийся гепард покрывает за секунду порядка 25 длин своего тела, – а ведь бактерии приходится двигаться в водной среде, весьма вязкой для крошечных микроорганизмов.

Жгутик приводится в движение огромным молекулярным комплексом, сложенным из примерно 20 различных белков – базальным телом, или «бактериальным жгутиковым двигателем» (BFM – Bacterial Flagellar Motor). Эта громадная (40-45 нм в диаметре) машина намертво вмонтирована в оболочку клетки, вращая свой ротор с частотой до 40-50 тыс. об./мин (для сравнения, двигатели болидов Формулы 1 совершают около 15 тыс. об./мин). При этом бактериальный «мотор» способен затормозить всего за четверть оборота – и тут же запуститься в противоположном направлении.

В устройстве BFM действительно находится много общего с «настоящим» роторным двигателем. Помимо подвижной части – собственно, ротора, – здесь имеется и толкающий винт (жгутик), соединенный с ним посредством карданного шарнира (крюка). Он вращается, удерживаясь в полых втулках скольжения, и приводится в действие неподвижной частью – статором. Часть устройства играет роль трансмиссии, обеспечивая переключение «передней» (по часовой стрелке) и «задней» (скоростей). Впрочем, обо всем по порядку.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Крионика: есть ли жизнь после заморозки? Крионика: есть ли жизнь после заморозки?

Крионика – это игра с малыми шансами, но с колоссальным джекпотом

Популярная механика
Остаться в стороне? Остаться в стороне?

Как быть, если муж твоей подруги абьюзер?

Лиза
Червяги покормили детенышей «молоком» из клоаки Червяги покормили детенышей «молоком» из клоаки

Самки кольчатых червяг кормят детенышей богатым липидами и углеводами «молоком»

N+1
ЗОЖ или фитнес-фанатизм? 9 признаков, что ты занимаешься спортом слишком много ЗОЖ или фитнес-фанатизм? 9 признаков, что ты занимаешься спортом слишком много

Всего хорошего должно быть в меру

Playboy
Самки шимпанзе не перестали играть со своими детенышами в условиях нехватки пищи Самки шимпанзе не перестали играть со своими детенышами в условиях нехватки пищи

Ученые наблюдали за игровым поведением шимпанзе в течение десяти лет

N+1
«Непонятно, как такое кино продавать зрителю». Режиссер «Папа, сдохни» о провале на родине и  успехе на Западе «Непонятно, как такое кино продавать зрителю». Режиссер «Папа, сдохни» о провале на родине и  успехе на Западе

Кирилл Соколов рассуждает, как находить деньги и зарабатывать на авторском кино

Forbes
Как Германия возрождает европейский футбол Как Германия возрождает европейский футбол

Об опыте немцев, которые планируют возобновить футбольный чемпионат уже 16 мая

GQ
Продукты, повышающие потенцию у мужчин: быстро и эффективно Продукты, повышающие потенцию у мужчин: быстро и эффективно

Нет времени ждать, ешь!

Playboy
Древнее мексиканское озеро стало ловушкой для 60 мамонтов Древнее мексиканское озеро стало ловушкой для 60 мамонтов

Эти мамонты попались в грязевые ловушки и погибли

N+1
Где одеваются современные европейские монархи Где одеваются современные европейские монархи

В каких рубашках ходит принц Чарльз, и у кого заказывает костюмы король Филипп

GQ
Дьявол в деталях: как оформляют модные магазины Дьявол в деталях: как оформляют модные магазины

Как модные бренды декорируют свои пространства?

GQ
Сомневаешься в своих силах? 5 типов синдрома самозванца (и как с ними бороться) Сомневаешься в своих силах? 5 типов синдрома самозванца (и как с ними бороться)

Некоторые из нас страдают синдромом самозванца, даже не подозревая об этом.

Playboy
Апокалипсис Дрездена: дуэли «ковровых бомбардировок» Апокалипсис Дрездена: дуэли «ковровых бомбардировок»

Одна из самых спорных и противоречивых военных операций Второй мировой

Популярная механика
Размножение и пол: почему мы делимся на мужчин и женщин Размножение и пол: почему мы делимся на мужчин и женщин

Мы редко задумываемся о биологическом смысле пола

Популярная механика
Хватит ныть! Хватит ныть!

Вытри слезы – они только мешают справляться с трудностями!

Лиза
Пассивные агрессоры и как с ними справиться Пассивные агрессоры и как с ними справиться

Ужиться с партнером, склонным к пассивной агрессии, — испытание не из легких

Psychologies
Художник Михаил Цатурян рассказал, как устроить выставку в Minecraft Художник Михаил Цатурян рассказал, как устроить выставку в Minecraft

Выставка в игре, на которой выступали рэперы и стендап-комики

GQ
6 забавных историй про животных на карантине 6 забавных историй про животных на карантине

Месяцы изоляции многие коротают наедине с питомцами

Psychologies
«Баланс — всего лишь ошибочная метафора». Как сохранить здравый ум, работая дома «Баланс — всего лишь ошибочная метафора». Как сохранить здравый ум, работая дома

Отрывок из книги «HBR Guide. Жизненный баланс»

Forbes
«Я заново учился ходить и говорить»: как пережить 16 дней комы и в 40 лет начать жизнь с чистого листа «Я заново учился ходить и говорить»: как пережить 16 дней комы и в 40 лет начать жизнь с чистого листа

Владелец сети детских клубов: как отказаться от корпорации ради своего дела

Forbes
11 продуктов, которые могут заменить друг друга на кухне 11 продуктов, которые могут заменить друг друга на кухне

Покажи всем этим Джейми Оливерам, кто на кухне шеф-повар!

Maxim
Что умеют люди со сверхспособностями: дар природы Что умеют люди со сверхспособностями: дар природы

Есть среди нас такие, кого природа одарила необычными для человека способностями

Популярная механика
Патриарх Иван Ильич, крепостная Брежнева и императрица Катюша Патриарх Иван Ильич, крепостная Брежнева и императрица Катюша

Сергей Ходнев о приключениях русских фамилий и обстоятельств в сериале «Великая»

Weekend
Средний лишний Средний лишний

Почему в России уже 20 лет не растет средний класс

Огонёк
Что в имени тебе моём? 10 звёздных фамилий, которые не являются псевдонимами Что в имени тебе моём? 10 звёздных фамилий, которые не являются псевдонимами

Многие не верят, что имена этих знаменитостей настоящие

Cosmopolitan
Добавить света, зелени и красоты: как быстро сделать дом уютным Добавить света, зелени и красоты: как быстро сделать дом уютным

Как можно быстро и без больших вложений обновить ваше жилье

Forbes
В поисках реликтовой лагуны В поисках реликтовой лагуны

Что будет, если морской залив отделить от моря?

Наука и жизнь
Добрый день Добрый день

Способов творить добро много – всегда можно выбрать тот, что тебе подходит

Cosmopolitan
Без наркотиков и гипноза: на какие галлюцинации способен наш мозг Без наркотиков и гипноза: на какие галлюцинации способен наш мозг

Наш мозг способен чудить без химического или какого-либо другого воздействия

Популярная механика
Как все запущено: 85 вещей, которые человечество сочло нужным послать в космос Как все запущено: 85 вещей, которые человечество сочло нужным послать в космос

Странные вещи, отправленные в космос

Esquire
Открыть в приложении