细菌凭借火箭推力一往无前
细菌没有手和脚却能到处活动,这真是一个令人费解的谜。长期以来研究人员一直以为,就像鼻涕虫一样,生长在土壤中的粘液细菌和氰基细菌只是把粘液作为一种润滑剂,而能使它们在土壤中到处活动的真正动力应该来自细小的毛发,是毛发在收缩时推动细菌向前运动的。
但这种看法后来被事实否定。1979年,美国斯坦福大学的研究人员得到一些变异的土壤粘液细菌,这些细菌没有任何毛发,却仍然能到处运动,这很令人惊奇:单单靠粘液怎么能推动细菌穿过土壤到处行走呢?真是不可理解。
最近,美国伯克利加利福尼亚大学的生理学家查尔斯沃格马思说,他们弄清了这是怎么回事。沃格马思和同事乔治奥斯特,以及纽约洛克菲勒大学的埃格伯特霍齐克在研究粘液细菌和氰基细菌时发现,在这两种细菌中他们看到了许多能渗出粘液的纳米大小的喷口形微孔,因此他们认为,这些喷口就像是火箭的尾喷管,它们渗出的粘液就像火箭喷出的热气流一样,能产生推力使细菌向前运动。
奥斯特发现,粘液细菌能产生由脱水糖分子组成的多糖胶,并能把它们储存在喷口附近的腹腔内,而细菌自身含有大量的水,当水进入腹腔时,多糖胶就膨胀,并推动腹腔内侧将粘液从喷口喷出,从而可像火箭一样产生反推力推动细菌向前运动。沃格马思经过计算指出,由于多糖胶遇到水合物后体积膨胀达两倍以上,因此每个微孔可产生约1微微牛顿的推力,这比细菌的重量大100倍;而每个细菌大约有100个微孔,故产生的推力能以每秒几微米的速度推动细菌向前运动。
粘液细菌的运动能力是它们繁殖是否旺盛的关键。而群集在一起的细菌产生的枝状结构常常把细菌孢子附着在土壤中的蚯蚓或昆虫身上,这使它们的活动范围更广、繁殖更快。