Различие в двигательных способностях различных микроорганизмов, одни из которых буквально “просверливают” своими винтовыми “пропеллерами-жгутиками” вязкие жидкости организма (желудочно-кишечная слизь и т. п.), в то время как другие оказываются почти обездвижены, натолкнули ученых на мысль, что бактерии обладают собственным внутренним биологическим двигателем с вполне определенными, ограниченными и измеряемыми характеристиками крутящего момента. Для подтверждения своей гипотезы ученые провели интересный эксперимент с использованием технологии криотомографии.
Принцип, используемый в электронной 3D-криотомографии достаточно прост для понимания. Исследуемые образцы, охлажденные до некоторой температуры помещаются под раструб электронного микроскопа. Практически полная неподвижность молекулярной структуры при низких температурах позволила группе Моргана Биби отснять целую коллекцию фотографий биологических движков бактерий Campylobacter Jejuni, Salmonella Tyhimurium и Vibrio Fischeri в различных ракурсах. Собранная коллекция уникальных снимков позволила ученым воссоздать трехмерную модель биологического двигателя бактерий трех вышеперечисленных видов.
High-torque bacterial flagellar motors assemble large periplasmic disk complexes. (A–C) Tomographic slices through intact cells of Salmonella (A), V. fischeri (B), and C. jejuni © showing individual flagellar motors. Height of all image panels is 100 nm. (D–F) Slices (100 ? 100 ? 0.81 nm) through subtomogram averages of hundreds of motors. Color keys indicate the regions of the motor (named in G–I), of Salmonella (average of 286 motors) (D), V. fischeri (average of 302 motors) (E), and C. jejuni (average of 156 motors) (F). (G–I) Isosurface renderings of motors shown in D–F. FliI and FlhAC are components of the flagellar type III secretion system.
Проведенные эксперименты продемонстрировали удивительный факт: несмотря на сходство общих принципов работы, микробиологические двигатели каждого вида микроорганизмов уникальны. Отличия зафиксированы как на уровне размеров и производительности, так и на уровне формы, сложности механизма, величины крутящего момента и множества других параметров, прямо и косвенно влияющих на работу биодвигателей. Вместе с тем, общим для всех видов элементом конструкции оказались неподвижные кольца-диски, выполняющие роль аналогичную статору электродвигателя. Именно благодаря им биодвигатель вырабатывает определенный крутящий момент, который и приводит в движение всевозможные жгутики — “пропеллеры” бактерии, перемещающие ее в нужном направлении с оптимальной для данной среды скоростью и усилием.
Абсолютным лидером по размерам, сложности конструкции и величине крутящего момента в пределах проведенного эксперимента оказался двигатель бактерии Campylobacter, диаметр диска-статора которого вдвое превышает аналогичный параметр у бактерии Salmonella. Характерно, что конструкции различны не только по размеру, но и по числу дисков.
Unsymmetrized motors showing clear symmetries. C. jejuni motors (A, Left) exhibited clear 17-fold symmetry (A, Right), which was applied to improve the signal-to-noise ratio (B). V. fischeri exhibited 13-fold symmetry ©, which was applied to improve the signal-to-noise ratio (D).
Ученые пришли к еще одному очень интересному выводу, обнаружив прямую зависимость между предельным уровнем вырабатываемой энергии и спецификой “миссии”, которую бактерия или вирус выполняет в организме. Так, к примеру, энергии, вырабатываемой биологическим двигателем Campylobacter оказывается достаточно, чтобы совершать экскурсии в пределах среды кишечника живого организма, где бактерия живет и функционирует, но недостаточно, чтобы проникнуть сквозь его стенки. По мнению ученых разнообразие форм и размеров биологических двигателей, объединенных единым принципом действия свидетельствует в пользу древности происхождения обнаруженного механизма.
Ученые смогли также определить белковые компоненты структурных элементов двигателя и последовательность их сборки, обосновав функциональное назначение каждого из элементов для работы всего биологического устройства. “Количественные результаты исследований биодвигателей с различными крутящими моментами позволили нам четко обозначить назначение основных компонентов этой биологической конструкции и снять целый ряд важных ограничений на пути к пониманию механизмов генерации крутящего момента и эволюции мультибелковых комплексов” – говорится в публикации.
Исследования, проведенные учеными и полученные результаты имеют важнейшее практическое значение, поскольку открывают принципиально новые возможности при создании нанороботов, нуждающихся для достижения своих целей в автономных “двигателях” со строго определенными параметрами и техническими характеристиками. Другими словами, располагая базой данных о естественных биологических двигателях с нужными характеристиками, специалисты, занятые в области нано-робототехники смогут создать любой нужный искусственный нано-аналог просто подобрав и скопировав нужный вариант из базы данных, предложенной и бесчисленное количество раз проверенной на практике самой природой.
Источник newscientist.com
Всех, кто пожелает ознакомиться с результатами эксперимента подробнее приглашаем на pnas.org
Уважаемые читатели, мы всегда с удовольствием встречаем и ждем вас на страницах нашего блога. Мы готовы и дальше делиться с вами актуальными новостями, обзорными материалами и другими публикациями, и постараемся сделать все возможное для того, чтобы проведенное с нами время было для вас полезным. И, конечно, не забывайте подписываться на наши рубрики.
Другие наши статьи и события
- Gator Caref Watch. Забота о вашем ребенке
- Весенние скидки от KitchenAid
- Распродажа полезных гаджетов и интересных штук
- Logitech расширяет линейку механических игровых клавиатур с цветной подсветкой
- Выбор умных часов сегодня. Что изменилось?
- Идеальный гаджеторюкзак для отца семейства
- Как чехол не спас мой iPhone. Выбирай правильно
Комментарии (31)
Syzd
21.03.2016 10:04А принцип действия? не электромотор же?
gleb_kudr
21.03.2016 10:15+2Как раз-таки электромотор. Это открыто еще достаточно давно. Жгутик вращается за счет протонного тока (ионы H+), проходящего через особый комплекс белков.
Из вики:
У Escherichia coli для одного оборота жгутика требуется перемещение около 1000 протонов. Показано, что жгутик может работать даже у пустых клеточных оболочек при условии, что внешний pH ниже внутреннего.
Таким образом, базальное тело преобразует химическую энергию в работу, вращаясь за счёт градиента концентрации протонов или, в редких случаях, ионов натрия (некоторые морские бактерии рода Vibrio, алкалофильные Bacillus, Acetobacterium woodii), это вращение осуществляется со скоростью до 100 об/сек, причём его направление может изменяться менее чем за 0,1 сек.Rasato
21.03.2016 11:45-2Мне одному кажется, что пора задуматься о существовании «инженеров»? В смысле — на научном уровне. Ну очень я как-то слабо верю в эволюционирующий электродвигатель с турбинами и т.д.
ClearAirTurbulence
21.03.2016 13:00-2Т.е. вам не кажется странным, что по вашей логике инженеров тоже кто-то должен был создать, и так далее по цепочке?
Rasato
21.03.2016 13:35Можно копнуть еще глубже — вам не кажется странным, что вообще существуют какие-то законы? С чего вдруг энергия взяла и ограничилась в своём поведении?
Но я так глубоко не копаю пока, вполне возможно, что инженеров самих кто-то создал, пока я задумался кто создал то, что мы видим рядом.isden
21.03.2016 13:53-1вам не кажется странным, что вообще существуют какие-то законы
А почему это должно казаться странным? Просто в момент БВ (что бы это ни было на самом деле) все пошло именно вот так, и в итоге получились вот такие законы. Возможно были миллиарды других БВ, в которых все начиналось иначе.Rasato
21.03.2016 14:04+1А почему не наоборот? Появление ограничений и вызвало БВ (или что там было). И тогда вопрос об ограничениях превращается в вопрос смысла существования.
Допустив существование цели у ограничений (законов), я пришел к выводу, что вся эта эволюция и т.д. — результат работы законов (звучит банально, но я сейчас расшифрую), то есть не «ДНК появилась случайно из аминокислот за миллиарды лет», а «ДНК была предусмотрена законами». ДНК (репликация, жизнь, можно называть по-разному) была заложена существующими законами. И тогда получается, что не было ничего случайного, белковая жизнь — это закономерный результат текущих ограничений.
И снова я прихожу к вопросу — откуда законы?isden
21.03.2016 14:12+1А почему не наоборот?
Антропный принцип.
Ну или еще есть "альтернативы", начиная от махрового солипсизма и заканчивая вариациями на тему симуляции.Rasato
21.03.2016 14:31Я больше хотел ответить на фразу "… Просто в момент БВ ..." — если я правильно понимаю, вы придерживаетесь точки зрения, что БВ (или что там было) всего лишь случайность, как говорится «оно само». Я же пытаюсь размышлять над причиной. Что-то изменилось, что оно бабахнуло. Я считаю, что появились ограничения, то есть если взрыву еще как-то можно приписать «оно само» (мы привыкли, что что-то взрывается без нашего участия, вот и не вызывает вопроса сам БВ, стереотип работает), то законы вдруг заработать сами собой не смогли бы.
«все пошло именно вот так, и в итоге получились вот такие законы»
Случайно появляющиеся законы, подразумевающие такую сложность форм, процессов, взаимодействий? Без единого «короткого замыкания»? Появилось и не схлопнулось в следствие какого-то случайного закона?
Про жизнь — это я просто немного развил мысль, так сказать, помечтал, а вдруг мы действительно цель существования вселенной :)isden
21.03.2016 14:36БВ (или что там было) всего лишь случайность, как говорится «оно само»
А почему бы и нет? Ну, скажем, вдруг БВ происходят постоянно от соприкосновения (дрожания) бран, и каждое порождает свой БВ со своим пространством. И какие-то из них бывают особо удачными/устойчивыми.
Про законы — так они сформировались именно как результат БВ и последующих процессов. Читайте по ссылке выше — плюс-минус в какую-то сторону — и некому было бы задавать такие вопросы.
Это просто статистика — из миллиардов миллиардов попыток получилась одна (или несколько) устойчивых, со своими законами и т.п.Rasato
21.03.2016 14:51+1Попробуйте выбраться из клетки. Вы все время размышляете внутри законов. Я же спрашиваю почему вообще законы существуют? Те же БВ, которые по-вашему происходят постоянно, так же происходят в следствие каких-то законов.
Мы привыкли, что всегда существуют ограничения. А вот почему они существуют? Разве ограничения — это естественно?
Ограничения — это сила, активная. Я даже толком слов подобрать не могу, так как в самом языке базово заложены ограничения.
Попробую объяснить проще, и для себя в том числе: что-то, назову это природой, не живое, не имеющее каких-то целей, просто существует. Почему оно создает ограничения? По идее венец всего — полная энтропия, то есть успокоение. Самая вершина успокоения — отсутствие каких-либо законов, всё единое и однообразное, отсутствие формы, процессов, полный «штиль». Существование законов противоречит этому в своей основе. Кто-то загнал эту природу в рамки и она вынуждена искать равновесие внутри этих ограничений.
EighthMayer
21.03.2016 14:59Упарываться, так в край!
Скажите, а вы можете доказать, что весь окружающий вас мир действительно существует, а не является плодом вашего воображения? Может все эти ограничения — просто часть вашего сна.Rasato
21.03.2016 15:04Ну зачем вы так?
Я пытаюсь объяснить, что любое ограничение — это усилие, это активная вещь, на которую что-то тратится (энергия, магия, да хз что там еще существует). Природа не любит тратить энергию, она любит ничего не делать. Она же не активна, у нее нет целей, стремлений. Получается, что идеальное состояние природы — полная аморфность. Мы же наблюдаем совершенно противоположное. Значит этому есть причина, причина — ограничения, что-то не дает ей «расслабиться».EighthMayer
21.03.2016 15:27+2Есть ли смысл во всех этих филосовствованиях, если не получается даже точно определить существование объективной действительности?
Rasato
21.03.2016 15:38Неужели вы не хотите понять зачем вы живете?
И мне кажется, что только изучая существующие ограничения, мы никогда этого не поймем. Это как мышь, потратившая всю жизнь на изучение свойств материала, из которого построен лабиринт.
Кто-то восклицае «это же пластик!», а кто-то спрашивает «зачем мы окружены пластиком?» И я не могу принять ответ «ну ограничилось так, случайно, не задавай глупых вопросов».
isden
21.03.2016 15:01Я же спрашиваю почему вообще законы существуют?
Случайность. Появились некие правила взаимодействия энергии — энергия и организовалась, с последующим образованием материи и т.д. Ну считайте их неким свойством данного пространства. Законы — это не ограничения. Это правила взаимодействия неких сущностей, нечто фундаментальное. Они могут быть другими, но не быть их вообще не может, т.к. такая ситуация не имеет смысла. Если их нет — то нечего рассматривать. Т.е. нет вообще ничего. Но это уже, скорее, философский вопрос.Rasato
21.03.2016 15:11«не быть их вообще не может, т.к. такая ситуация не имеет смысла» — Вот! Именно!
Только зачем природе смысл? Она прекрасно существовала бы без законов. Смысл нужен нам. Смысл нужен чему-то, что осознает существование. Природе не нужен смысл.
Так с чего вдруг эти самые правила появились? Случайно или не случайно — даже это не столь важно сейчас. Важно то, что это активное действие — появление. Оно не может исходить от природы, так как ей не нужен смысл, она не активна сама по себе. Не может что-то появляться из ничего.
EndUser
21.03.2016 21:29Закон — это гарантированная нашим опытом временная взаимосвязь событий.
Законы появились с того, что наш опыт «гарантирует это».
Кстати, межчеловеческие отношения могут называться таким же словом, утверждаться в специальных книгах — «сводах законов» потому, что вкладываемый смысл ровно такой же: воспроизводимая временная связь событий — «украл = в турму».
Мне кажется, вы запутались в том, что считаете закон индивидуальным феноменом в себе, в то время как это просто наше восприятие динамики структуры наблюдаемой вселенной.
gleb_kudr
21.03.2016 23:12Может и появляется. Виртуальные частицы в вакууме постоянно рождаются и исчезают. Наша вселенная может быть сродни этой виртуальной частице, которая появилась ниоткуда и исчезнет вникуда, как флуктуация "ничего".
Rasato
22.03.2016 10:03-1Очень спорно. Это самое «ничего» всего лишь для нас «ничего». Мы просто еще не пощупали тот закон, в соответствии с которым они появляются. Попробуйте посмотреть с другой стороны: без внешнего влияния любая система уравновешивается. Природа стремится к покою. Любое ограничение — это сродни воздействию. То есть что-то активное. И я воспринимаю законы как активное воздействие на уравновешенную систему, тогда в ней начинает что-то взрываться, появляться «из ниоткуда» и т.д. То есть в моем представлении природа сама по себе — это ничего. Нет процессов, нет состояний, всё уравновешено и остановлено. Самого времени не существует в такой системе, так как нечего измерять.
lexasss
21.03.2016 14:00+4Ну очень я как-то слабо верю в эволюционирующий электродвигатель с турбинами
Не сдавайтесь, изучайте и углубляйтесь в вопрос, это всегда лучше чем безвольное "ну этого мне никогда не понять". Обычно всё не так недостижимо сложно как кажется изначально. Вот следующая ступенька:
aliev
22.03.2016 10:29-1В этом видео показанна как происходит эволюция, я согласен с теорией. Только не согласен с тем что, она происходит сама по себе. Как объяснить что из хаоса, организуются простые системы, организующие сложные, которые в свою очередь организуют простые организмы и клетки, из которых состою и я. Что решает по каким законам это должно происходить?
Если же идти в психологию, с чего ты решил что мозг человека не врет человеку о том как все обстоит на самом деле вне мозга?
Вопросы жизни и эволюции, сугубо философские с религиозным оттенком, в них нет на данный момент той доказательной базы, которая бы устроила всех.Человечество будет открывать все новые законы мироздания, будет момент когда понимания мироздания с научной точки зрения перевалит за критический уровень понимания, тогда мы сами сможем создавать живиые системы — это будет переломный момент объяснения всего и открытия тайн вселенной. Но я не доживу до этого момента, а жаль. С. Шнуров
lexasss
22.03.2016 11:33+2Это очень хорошо что у вас возникают такие вопросы. Только вот у меня на найдётся достаточно времени чтобы дать на них удовлетворительный ответ. Могу лишь подсказать куда копать:
Только не согласен с тем что, она происходит сама по себе
Другая, достаточно популярная альтернатива заведёт вас в тупик, вам это уже говорили выше. Чтобы её отбросить, и тем самым допустить что всё происходит как бы "само по себе" в том смысле, что без определённой цели а просто как результат (ужасно, непостижимо сложный, да) действия нескольких довольно простых законов, постарайтесь принять для себя что законы физического мира не имеют цели как таковой, т.е. не отвечают на вопрос "зачем".
Как объяснить что из хаоса, организуются простые системы
Повторюсь – некоторые очень сложные вещи порождаются очень простыми законами. Ну совсем простыми… и опять – главное, не сползти с вопроса «как» (который в цитате) к вопросу «зачем». Ознакомьтесь с теорией хаоса (начинайте с «Хаос. Создание новой науки» Глейка) – надеюсь, там вы найдёте некоторые из ответов.
Что решает по каким законам это должно происходить?
Если коротко, то само мироустройство. Только вот сама формулировка вопроса «что решает» в опасной зоне – «решальщиков» здесь нет.
Если же идти в психологию, с чего ты решил что мозг человека не врет человеку о том как все обстоит на самом деле вне мозга?
Как–то странно отделать мозг человека от него самого. Тогда человек – это кто, что мозг у него стоит особняком? Ладно, это демагогия, а ответ – таки да, на самом деле всё обстоит не всегда и не совсем так как «рапортует» мозг. Длинный философский вопрос, а простейший пример – оптические и иные иллюзии.
Вопросы жизни и эволюции, сугубо философские с религиозным оттенком, в них нет на данный момент той доказательной базы, которая бы устроила всех.
Конечно. Но познавание себя и окружающего мира очень увлекательно. Дерзайте!
Zzzuhell
А выглядят точь в точь как задняя втулка велосипеда :)
Простите, не удержался. Ну очень похоже.
VoiceDao
) Интересное сравнение. В данном случае, в контексте статьи, скорее задняя втулка велосипеда выглядит точь в точь как биодвигатель бактерии) — у нее механизм изобретен все же, получается, чуть ранее). Хотя ответить однозначно, кто появился раньше — первый изобретатель велосипеда или, к примеру, бактерия Campylobacter Jejuni со своим пропеллером, достаточно сложено.
Didurov
А мне в голову пришли бурильные машины из матрицы)))