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为什麽噬菌体长得那麽科幻?难道它们不是地球生物?

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在地球生物圈裡除了动物和植物之外,还存在著数量极为庞大的微生物,而在微生物之中,细菌的数量又是最多的,根据科学家的估算,地球上的细菌总量大约有5 x 10^30个,不管是天空中还是地面上,又或者是在海洋裡,到处都有它们的踪迹。

细菌的繁殖主要以细胞分裂的方式进行,当细菌生长到一定程度的时候,它们就会「一分为二」,通常来讲,细菌平均每20至30分钟就可以分裂一次,而繁殖速度慢的细菌,其分裂週期一般也不会超过24个小时。

为什麽噬菌体长得那麽科幻?难道它们不是地球生物?

据此我们不难想象,数量庞大的细菌以如此快的速度繁殖,估计要不了多久,它们就把地球占满了,然而这样的事情却并没有发生,为什麽呢?答案就是,地球上存在著一种细菌的「剋星」——噬菌体。

噬菌体是什麽?

噬菌体其实就是一种专门侵袭细菌的病毒,基本上凡是有细菌的地方都有噬菌体存在,并且其数量往往比细菌还多。根据形态和核酸的分类,已知的噬菌体有19个科,其中大多数的噬菌体都是下图这个样子。

为什麽噬菌体长得那麽科幻?难道它们不是地球生物?

这些噬菌体有一个正20面体结构的「头部」(其中包裹著它们的遗传物质)、一个针筒状结构的「身体」,还有一个腿状结构的「尾部」,看上去长得相当科幻。

每一种噬菌体都只会侵袭特定类型的细菌,当它们遇到目标细菌之后,就会附著在细菌的表面,然后利用自己的刺突刺入细菌,接著通过中空的针筒状结构将自己的遗传物质注入细菌内部。

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噬菌体可分为「烈性噬菌体」和「温和噬菌体」,前者的遗传物质会利用细菌内部的物质合成自己的外壳,同时大量複制自己,当达到一定程度的时候,细菌就会被「撑破」,然后新生的噬菌体们就「一哄而散」,去寻找下一个「猎物」。

而「温和噬菌体」的遗传物质则会整合到细菌的染色体上,然后跟著细菌的染色体一起複制。但这种情况一般并不会持续多久,因为这种「温和噬菌体」通常都会週期性地转变成「烈性噬菌体」,一旦时机成熟,它们就会在细菌内部迅速增殖,然后在「撑破」细菌后「扬长而去」。

为什麽噬菌体长得那麽科幻?难道它们不是地球生物?

为什麽噬菌体长得那麽科幻呢?难道它们不是地球生物?

需要指出的是,噬菌体是一种病毒,而病毒则是一种介于「生命」和「非生命」之间的存在,因此它们到底算不算是生物,目前科学界并没有给出结论,不过一般来讲,人们都将病毒称为「非细胞生物」,所以我们不妨也将其视为生物。

噬菌体的样子跟一些科幻作品中的纳米机器人长得非常相似,左看右看都不像是地球生物,这难免让人对它们的来历浮想联翩。那麽噬菌体的「科幻造型」应该如何解释呢?

为什麽噬菌体长得那麽科幻?难道它们不是地球生物?

(纳米机器人想象图)

噬菌体最科幻的部位就是它们的「头部」,这其实就是一团包裹著遗传物质的蛋白质。从微观的角度来看,构成噬菌体「头部」的蛋白质是由多个蛋白质分子构成,而蛋白质分子又是由大量的原子构成,原子可以自发地形成固定的几何结构,大量的几何结构结合在一起,就形成了蛋白质的固定形状。

为什麽噬菌体长得那麽科幻?难道它们不是地球生物?

在这些形状中,正多面体是形成封闭空间的最合理的结构,而正多面体只有正4、6、8、12、20面体这五种,在体积相同的情况下,正20面体是最节省材料的,正是因为如此,噬菌体的「头部」才是一个正20面体结构。

需要注意的是,噬菌体选择了这种看上去很科幻的结构,并不是因为它们拥有某种智慧,而是因为自然选择的因素,毕竟最节省材料的构造,才最容易「生存」和「繁衍」,而其它长得奇形怪状的噬菌体则很容易被淘汰。

相对而言,噬菌体的其它部位就更好解释了,它们针筒状结构的「身体」,其实就是一种常见的通道蛋白,而它们腿状结构的「尾部」,也是一种常见的螺旋对称结构。

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值得一提的是,在远古地球上出现细菌的时候,噬菌体也几乎是同时出现,也就是说,噬菌体的存在由来已久,因此可以说,并不是噬菌体长得像科幻作品中的纳米机器人,而应该是科幻作品中的纳米机器人长得像噬菌体。

总而言之,噬菌体的结构虽然精妙,但并不特殊,如果我们将噬菌体视为生物的话,那们它们就应该是「土生土长」的地球生物。

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入围博克体计划奇点妙想

理论上雨滴可以砸死人,可实际上却砸不死,为什麽?

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