很久一段時(shí)間以來(lái)，研究人員都已經(jīng)知道：一段由單細(xì)胞原生動(dòng)物生長(zhǎng)構(gòu)成的長(zhǎng)纖維螺管，如果一克對(duì)一克地比試，甚至比一個(gè)汽車(chē)引擎更有力。然而，他們最近發(fā)現(xiàn)，這樣的螺管遠(yuǎn)比想象的有力得多。此外，研究人員還對(duì)這種顯微級(jí)的“馱馬”背后的過(guò)程有了更深的認(rèn)識(shí)。

懷特海研究所的科學(xué)家 (波士頓，馬薩諸塞州，美國(guó)；www.wi.mit.edu)，麻薩諸塞州技術(shù)研究所(麻州理工學(xué)院；波士頓，馬薩諸塞州，美國(guó))，海洋生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室 (伍茲霍爾，馬薩諸塞州，美國(guó))和伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校 (美國(guó)) 對(duì)一種被稱(chēng)為鈴蘭屬鐘形蟲(chóng)的原生動(dòng)物開(kāi)展了一項(xiàng)研究。“這些研究成果有雙重意義”，與MIT’s生物工程室成員Matsudaira同在一起的懷特海實(shí)驗(yàn)室 Paul Matsudaira博士的一個(gè)研究生Danielle France說(shuō)，“首先，他們給我們一個(gè)概念：即單個(gè)細(xì)胞能如何設(shè)法產(chǎn)生如此巨大的力量；第二 ，它們?yōu)楣こ處熖峁┝司€(xiàn)索，啟發(fā)他們?nèi)绾卫眠@些機(jī)制來(lái)構(gòu)造納米尺度的設(shè)備”。

由安東•萬(wàn)•列文虎克通過(guò)手工制作的顯微鏡首先注意到原生動(dòng)物鈴蘭屬鐘形蟲(chóng)至今，科學(xué)家知道昆蟲(chóng)——這種納米彈簧大約有 300 年。在單細(xì)胞的鐘形蟲(chóng)中彈簧是一個(gè)會(huì)收縮的纖維團(tuán)，被稱(chēng)為牽縮絲，它操縱著莖長(zhǎng)度。當(dāng)休息的時(shí)候，莖被延長(zhǎng)，就像被拉伸的電話(huà)繩。當(dāng)它縮短的時(shí)候，牽縮絲一瞬間地向后收縮，形成緊縮的卷。為了探究鐘形蟲(chóng)的收縮力量有多大，研究人員利用了一個(gè)獨(dú)特的顯微鏡給彈簧加上一個(gè)額外的負(fù)荷。由海洋生物實(shí)驗(yàn)室的Shinya Inoue博士和他的同事制作的這種顯微鏡，使用一個(gè)施壓平臺(tái)來(lái)增加離心力以對(duì)抗這種原生動(dòng)物產(chǎn)生的力量。

過(guò)去，研究員已經(jīng)測(cè)量了鐘形蟲(chóng)的力量，鐘形蟲(chóng)用40納牛頓的力量，以每秒8 cm 的速度收縮其彈簧時(shí)，衡量的單位相對(duì)于生物學(xué)過(guò)程來(lái)說(shuō)太大。(該測(cè)量，如果與汽車(chē)引擎的大小依比例來(lái)決定時(shí)，鐘形蟲(chóng)比兩部汽車(chē)引擎的力量還大) 。然而，當(dāng)France女士采用離心分離機(jī)顯微鏡時(shí)，她發(fā)現(xiàn)了彈器收縮時(shí)能夠?qū)沟牧α扛哌_(dá) 300納牛頓。“這是我們能目前能測(cè)試到的最大的力量”，F(xiàn)rance女士評(píng)論道，“我們懷疑它甚至更有力”。

France女士和同事們還給出了引擎的燃料來(lái)源，鈣，和組成莖一個(gè)關(guān)鍵蛋白質(zhì)之間的重要聯(lián)系。該蛋白質(zhì)——中心粒(centrin)——屬于一類(lèi)從綠藻到人類(lèi)的機(jī)體中都可發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)。當(dāng)科學(xué)家將一種作用于鐘形蟲(chóng)中心粒的抗體注入細(xì)胞內(nèi)后，彈簧便不再能夠收縮，這表明該細(xì)胞使用了一個(gè)有力的以中心粒為基礎(chǔ)的機(jī)構(gòu)，這與其它已知的細(xì)胞引擎不同。

“當(dāng)它開(kāi)始創(chuàng)造超微裝置時(shí)，那是一個(gè)極棒的運(yùn)動(dòng)機(jī)械”，F(xiàn)rance小姐說(shuō)，“它并不需要電，這是一個(gè)只需簡(jiǎn)單的化學(xué)環(huán)境改變就產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的途徑。在這里，鈣離子的一個(gè)簡(jiǎn)單改變就會(huì)使這個(gè)彈簧有力量”。研究人員現(xiàn)在正在實(shí)驗(yàn)室中為復(fù)制這一個(gè)過(guò)程進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)。

這研究由美國(guó)陸軍贊助。France女士于2005年12月在舊金山的美國(guó)細(xì)胞生物學(xué)學(xué)會(huì)第 45屆年會(huì)上展示了她的研究結(jié)果 (加利福尼亞州 ，美國(guó))。

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