光で発射！ 人工「細菌ロケット」

用光发射！人工“细菌火箭”


生物などの優れた構造や機能を真似して、新しい技術を生みだそうとする試みは、多くの分野で行われています。

模仿生物等优秀的结构和功能，产生新技术的尝试，在很多领域都在进行。


自然はモーターもジェットも発明した
車輪やろくろのような「回転機構」は、約5000年前までに考えだされたと言われています。長らくそれは人類独自の発明だと信じられてきました。実際、車輪で走りまわったり、ヘリコプターのように飛んだりする生物は、どこにも見当たりません。
しかし1970年代になって、自然は何億年、あるいは何十億年も前に、それを手にしていたことがわかりました。大腸菌など多くの細菌が、尻尾のような「鞭毛」を回転させて泳いでいると判明したのです。一種のスクリューです。その回転数は毎秒1000回にも達し、エネルギー変換効率はほぼ100％という、超高性能「モーター」でした。
「人間が思いつくことは、すでに自然が試している」などとは、よく言われることです。進化の歴史は約40億年、人間(ホモ・サピエンス)の歴史は、たかだか20～30万年と考えれば、当然のことかもしれません。
ハイテクの代表格とも思えるジェット推進でさえ、原理的にはイカやタコが実現していると言えるでしょう。ジェット機は前方から吸いこんだ空気に燃料を混ぜて燃やし、高温・高圧のガスを後方へ噴射する反動で飛びます。イカやタコも吸いこんだ水を筋肉の収縮で勢いよく噴射し、その反動で進みます。
では、ロケット推進は？ ここでロケットとは、空気や水を吸いこむことなく、推進剤(通常は燃料と酸化剤)を化学反応(通常は燃焼)の力で噴射し、その反動で進むこととしましょう。さすがに、そんな生物はいないでしょうか？

大自然发明了马达和喷气式飞机
据说车轮和辘辘这样的“旋转机构”是大约5000年前考虑出来的。长期以来人们都相信那是人类独有的发明。实际上也确实到处都找不到用车轮行驶或像直升机一样飞行的生物。
但是到了20世纪70年代，我们发现自然在几亿年，或者几十亿年前，这些机构就出现了。大肠杆菌等很多细菌，像尾巴一样的“鞭毛”旋转着游泳。是一种螺钉。其转速达到每秒1000次，能量转换效率几乎100%，是超高性能“马达”。
“人类能想到的事情，自然已经在尝试了”等，经常被这么说。进化的历史大约有40亿年，人类（智人）的历史大概有20~30万年，这也许是理所当然的事情。
即使是被认为是高科技代表的喷气推进，原理上也可以说乌贼和章鱼已经实现了。喷气式飞机在从前方吸入的空气中混合燃料燃烧，通过向后方喷射高温、高压气体进行反向飞行。用肌肉的收缩用力喷射乌贼和章鱼也吸入了的水，用那个反向前进。
那么，火箭的推进呢？这里的火箭是指，不吸入空气和水，用化学反应（通常是燃烧）的力喷射推进剂（通常是燃料和氧化剂），通过其反射前进。那么这样的生物存在吗？
原创翻译：龙腾网 http://www.ltaaa.cn 转载请注明出处



顕微鏡下の彗星、それともロケット？
再び細菌の登場です。下痢や腹痛、発熱などを伴う「細菌性赤痢」という病気があります。日本で流行することはなくなりましたが、戦後しばらくの間は10万人以上が感染し、2万人近くの死者を出しました。今でも時々、集団感染は発生しています。その原因となっているのが赤痢菌です。
赤痢菌には鞭毛がないので、基本的には動けません。水中などでは浮かんでいるだけです。しかし、いったん感染して大腸の上皮細胞内に入りこむと、活発に運動し始めます。いったい、どうやって？
私たちの細胞には「骨格」の役目を果たしているフィラメント(線維)が3種類あります。それぞれ「微小管」「中間径フィラメント」「アクチンフィラメント」と呼ばれます。最後のアクチンフィラメントは「アクチン」というタンパク質が、らせん状に集まってできています。「ミオシン」という別のタンパク質とペアになって、筋肉の線維になることもあります。

显微镜下的彗星，还是火箭？
再次提到细菌。有一种会伴随腹泻、腹痛、发热等叫做“细菌性痢疾”的病。虽然在日本不再流行，但战后一段时间内感染了10万人以上，死亡人数近2万人。现在偶尔也会发生集体感染。其原因是痢疾菌。
痢疾菌没有鞭毛，所以基本上不能动。只是在水中漂浮着。但是，一旦感染进入大肠的上皮细胞内，就会开始活跃地运动。到底它们是怎么做到的？
我们的细胞有三种起着“骨骼”作用的细丝（纤维）。分别被称为“微管”、“微丝”、“肌动蛋白丝”。最后的肌动蛋白丝是由一种叫做“肌动蛋白”的蛋白质螺旋状聚集而成的。和另一种叫做“肌球蛋白”的蛋白质配对，有时也会变成肌肉纤维。

アクチンフィラメントは、細胞内で必要な時に必要な場所でつくられ(重合)、あるいは分解されています(脱重合)。その過程には様々なタンパク質が関わっており、全体としてちょうどいい状態に調節されています。赤痢菌は、このシステムに割りこんできます。
カプセル剤のように両端が半球の円筒形をしている赤痢菌は、その片方の端(これがお尻だとしましょう)にアクチンの重合をうながすタンパク質を持っています。このため細胞内のアクチンは、お尻の表面で次々と短いフィラメントを形成し、折り重なるように積み上がっていきます。すると赤痢菌は、そのフィラメントに押されるようにして反対側、つまり頭の方向へ進むのです。
この時の赤痢菌を電子顕微鏡などで観察すると、まるで夜空を渡る彗星のように見えます。細菌そのものが彗星の「核」、積み上がっていくアクチンフィラメントが彗星の「尾」に当たるでしょう。実際、この尾は「アクチンコメット」とか「アクチンコメットテイル」と呼ばれています。
一方で、ガスを噴射しながら飛んでいくロケットのようにも見えるため「アクチンロケット」とも呼ばれます。この場合、見かけだけではありません。アクチンの重合は一種の化学反応です。その結果できたフィラメントを後方へと「噴射」し、反動で推進しているのですから、まさにロケットと言えるのではないでしょうか。
ただ「ロケット」と呼ぶからには、それなりのスピードも欲しいところです。

肌动蛋白丝在细胞内必要时在必要的地方制作（聚合），或者被分解（脱聚合）。这个过程涉及到各种各样的蛋白质，整体上调节到了正好的状态。痢疾菌可以被分配到这个系统中。
像胶囊剂一样两端呈半球圆筒形的痢疾菌，在其一端（假设这是臀部）具有促使肌动蛋白聚合的蛋白质。因此，细胞内的肌动蛋白在痢疾菌臀部表面一个接一个地形成短的细丝，像重叠一样堆积起来。于是，痢疾菌就会被其丝压着，向相反的一侧，也就是头的方向前进。
用电子显微镜等观察此时的痢疾菌，看起来就像是穿越夜空的彗星。细菌本身就像是彗星的“核”，堆积起来的肌动蛋白灯丝相当于彗星的“尾”吧。实际上，这条尾巴被称为“水獭”或“水獭”。
另一方面，因为看起来像是一边喷射气体一边飞的火箭，所以也被称为“痢疾火箭”。这种情况下，不仅仅是外观像，由于肌动蛋白的聚合也是一种化学反应。结果就是痢疾菌通过化学反应反向推进，在机制上也可以说是火箭吧。
只不过既然被称为“火箭”，也需要相应的速度。


赤痢菌は原子力潜水艦より速い
赤痢菌と同じ原理で細胞内を「飛ぶ」細菌としては、食中毒を引き起こすリステリアや、ツツガムシ病、発疹チフスなどを引き起こすリケッチアなどが知られています。このうちリステリアの速度は、通常、毎秒0.1～0.2マイクロメートル、時に毎秒1マイクロメートルを超えるという報告があります。これ、速いのでしょうか、遅いのでしょうか。
リステリアの長さは約2マイクロメートル(0.002ミリメートル)です。なので毎秒0.2マイクロメートルの速度だとした場合、この細菌は1秒間に体長の10分の1の距離を進めることになります。
一方、赤痢菌やリステリアに似た形状の原子力潜水艦はどうでしょう？ 現在、アメリカ海軍が保有する「オハイオ級」は全長約170メートルで、公表されている速力は毎秒約10メートルです。つまり1秒間に進める距離は、全長の17分の1です。もしリステリアが170メートルに巨大化したら、秒速17メートル以上を出せるので、原潜よりずっと速く航行できることになります。
しかも細胞の中は、さらさらの水で満たされているわけではありません。それこそ骨格のフィラメントや細胞小器官など、さまざまな夾雑物が、ぎちぎちに詰まっています。言ってみれば赤痢菌やリステリアは、粘土の中を泳いでいるようなものです。それでも原潜以上の速度を出せるのですから、水中ではロケット並みだと思っていいのではないでしょうか。
赤痢菌やリステリアは、その勢いで細胞膜を突き破り、隣の細胞にまで侵入します。そうして感染を広げていくのです。ちなみに赤痢菌は速度を上げるため、アクチンを重合させるのとは別のタンパク質を分泌し、微小管でできた細胞骨格の「網」を破壊することもわかっています。細菌、恐るべしです。

赤痢菌比核潜艇快
相同的原理，作为在细胞内“飞”的细菌，已知有引起食物中毒的赤痢菌、引起爬山虎病、出疹伤寒等等。报告显示，这种菌的速度通常为每秒0.1至0.2微米，有时甚至超过每秒1微米。这个快还是慢。
其长度约为2微米（0.002毫米）。因此，如果是每秒0.2微米的速度的话，这种细菌会在1秒内推进体长的十分之一的距离。
另一方面，类似痢疾菌形状的核潜艇怎么样？目前，美国海军拥有的“俄亥俄级”全长约170米，公布的速度为每秒约10米。也就是说，每秒前进的距离是全长的17分之1。如果赤痢菌巨大化到170米，它能以每秒17米以上的速度航行，比核潜艇快得多。
而且细胞中并不是充满了干爽的水。还有一些骨骼的细丝和细胞小器官等各种各样的夹杂物，紧紧地堵塞着。而痢疾菌在这样的粘土中游泳。即便如此，也能跑出比核潜艇更快的速度，所以可以认为在水中和火箭差不多吧。
这些细菌以其气势冲破细胞膜，侵入到旁边的细胞。然后扩大感染。顺便说一下，痢疾菌为了提高速度，会分泌与肌动蛋白聚合不同的蛋白质，破坏由微管形成的细胞骨架的“网”。细菌，真是可怕。

微小世界では粘性がめちゃくちゃ重いので細胞内に侵入して活動する細菌にはこうした機構が必要なのです。 ちなみに細胞膜を突破する機構（III型分泌装置）もとても面白い。

因为在微小世界粘性非常强，所以侵入细胞内活动的细菌需要这样的机构。
顺便说一下，突破细胞膜的机制（III型分泌装置）也非常有

どのくらい速いのかという感覚で、「ゾウの時間　ネズミの時間」を思い出した。研究の成果も面白いし、生き物はあらためてすごいなぁと思う。

要说这个感觉有多快，让我想起了一本书“大象的时间、老鼠的时间”（大象心跳一次3秒，老鼠一次0.1秒）。我觉得研究的成果也很有趣，生物又很厉害。

秋も近づいてきたし焼き芋を食べて、ガス噴射推進でもしようか。

秋天也快到了，我也吃点烤红薯，试试能不能喷射煤气来推进吧。