很久一段時間以來，研究人員都已經(jīng)知道：一段由單細(xì)胞原生動物生長構(gòu)成的長纖維螺管，如果一克對一克地比試，甚至比一個汽車引擎更有力。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，研究人員還對這種顯微級的“馱馬”背后的過程有了更深的認(rèn)識。

懷特海研究所的科學(xué)家 (波士頓，馬薩諸塞州，美國；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)，海洋生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室 (伍茲霍爾，馬薩諸塞州，美國)和伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校 (美國) 對一種被稱為鈴蘭屬鐘形蟲的原生動物開展了一項研究。“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博士的一個研究生Danielle France說，“首先，他們給我們一個概念：即單個細(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€索，啟發(fā)他們?nèi)绾卫眠@些機(jī)制來構(gòu)造納米尺度的設(shè)備”。

由安東•萬•列文虎克通過手工制作的顯微鏡首先注意到原生動物鈴蘭屬鐘形蟲至今，科學(xué)家知道昆蟲——這種納米彈簧大約有 300 年。在單細(xì)胞的鐘形蟲中彈簧是一個會收縮的纖維團(tuán)，被稱為牽縮絲，它操縱著莖長度。當(dāng)休息的時候，莖被延長，就像被拉伸的電話繩。當(dāng)它縮短的時候，牽縮絲一瞬間地向后收縮，形成緊縮的卷。為了探究鐘形蟲的收縮力量有多大，研究人員利用了一個獨(dú)特的顯微鏡給彈簧加上一個額外的負(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，使用一個施壓平臺來增加離心力以對抗這種原生動物產(chǎn)生的力量。

過去，研究員已經(jīng)測量了鐘形蟲的力量，鐘形蟲用40納牛頓的力量，以每秒8 cm 的速度收縮其彈簧時，衡量的單位相對于生物學(xué)過程來說太大。(該測量，如果與汽車引擎的大小依比例來決定時，鐘形蟲比兩部汽車引擎的力量還大) 。然而，當(dāng)France女士采用離心分離機(jī)顯微鏡時，她發(fā)現(xiàn)了彈器收縮時能夠?qū)沟牧α扛哌_(dá) 300納牛頓。“這是我們能目前能測試到的最大的力量”，F(xiàn)rance女士評論道，“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源，鈣，和組成莖一個關(guān)鍵蛋白質(zhì)之間的重要聯(lián)系。該蛋白質(zhì)——中心粒(centrin)——屬于一類從綠藻到人類的機(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)它開始創(chuàng)造超微裝置時，那是一個極棒的運(yùn)動機(jī)械”，F(xiàn)rance小姐說，“它并不需要電，這是一個只需簡單的化學(xué)環(huán)境改變就產(chǎn)生運(yùn)動的途徑。在這里，鈣離子的一個簡單改變就會使這個彈簧有力量”。研究人員現(xiàn)在正在實(shí)驗(yàn)室中為復(fù)制這一個過程進(jìn)行技術(shù)開發(fā)。

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

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