細菌が動き回る際に使う「べん毛」のプロペラ部分 変形の原理解明
![CropperCapture[430]](https://blog-imgs-31.fc2.com/s/c/i/scienceplus2ch/201003241015287e2.jpg)
サルモネラ菌や大腸菌は数本のべん毛を細胞周辺から延ばし、束にして回転させて泳ぐ。
べん毛はらせん型のスクリュープロペラで、らせんのピッチは2.5 μm、直径は0.5 μm。それぞれの根元に回転モーターを持つ。
回転子、固定子、反転制御装置、軸受け、自在継ぎ手、プロペラに相当する構造を持ち、これらを構成するタンパク質「パーツ」は、自ら組み上がる自己組織化能力を持っています(図1)。べん毛繊維は一種類の蛋白質フラジェリンが2万 ～ 3万個もらせん状に重合して形成するミクロのプロペラで、その長さは菌体長の約10倍、10 ～ 15μmにも達します。
細菌の遊泳時には、べん毛繊維は緩やかな曲率を持つ超らせんと呼ばれる形態をとっていますが、餌となる化学物質に向かったり水温の低い場所から逃げたりする際は、1分間に約2万回もの高速回転をしているモーターが1ミリ秒程度で逆転し、この時、べん毛繊維のミクロの左巻き超らせん構造は一時的に右巻きに変換します。この形態変換機構には、L型とR型とよばれる、フラジェリン分子の2つの異なる立体構造が鍵を握っていることが知られていましたが、その詳細なメカニズムは謎のままでした。
大阪大学理化学研究所プレスリリース
http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2010/100315
9 ：名無しのひみつ：2010/03/21(日) 23:39:17 ID:TmQpjpU9
これ毛自体が根元から回転するモーターになってるんだよな。
しかも一本だけではなくて、何十本もが一斉に回転しながらまとまった流れを作って推進する。
11 ：名無しのひみつ：2010/03/21(日) 23:53:43 ID:qjiCD9la
もしかして、船のプロペラもべん毛の形にすればエネルギー効率が上がったりする？
17 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 00:10:52 ID:B/aufhyx
>>11
スケールの問題だと思う。
水の分子の大きさは変わらない訳だし、巨大な鞭毛を回転させても同様に機能するかは不明。
アミノ酸100個の特定のタンパク質の組み合わせは20の100乗、宇宙時間の範囲では確かめられないって生理学の先生が言ってた、偶然の産物とは考えにくいらしい。
18 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 00:14:26 ID:58mHzyWs
>>14
統計力学的には確率が高いほうに変化が進むんだよ。
いきなりアミノ酸100個のタンパク質ができあがるわけじゃない。
32 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 04:20:43 ID:QWe9VvwC
>>18
それを踏まえたうえでも、時間的に無理という話。
90 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 19:53:08 ID:bdMz+vt8
>>32
どう無理なんだよ？ シニョリンでさえ試行錯誤せずに決められたパターンで畳まれるというのに。
タンパク質１個でき上がるのに何十億、何百億年もかからない仕掛けが存在するってことだろ？
94 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 21:11:44 ID:QWe9VvwC
>>90
一昔前には、タンパクのような特定の立体構造をもつものを作るには「ある特殊な配列が必要である」と考えられてきた。この考えに従えば、たった100のアミノ酸配列でも、20の100乗の配列パターンがあることになる。一昔前はこう考えられてきたということを>>14の先生は言っている。
しかし、ご存知のとおりこの考え方は間違っている。実際は、「タンパクのような構造をとるのに特殊な配列は存在」せず、どの構造をとるかは構成単位のモノマーの配列ではなく、「ポリマーを構成するモノマーの比率」によって決まるとされている。モノマーの比率が一定条件をみたせば配列が違っても、複数の安定な立体構造を作れることが分かっている。
話をもどして、>>14の先生が言った一昔前の「特殊な配列が必要」という考えに戻してみると、もしこの考えが正しいと仮定する。宇宙が始まって今現在までの時間はたった10の20乗秒である。
先ほども書いたようにたった100個のタンパクを作るにしろ20の100乗の配列パターンがある。「20の100乗の配列をすべて試したとして最も良いものを選択する」という一昔前のこの考えで行くと、一秒間に一つの配列を作ったとしても宇宙誕生からの時間分の10の20乗通りの配列しか試すことができない。
これに対し>>18は「いきなりアミノ酸100個のタンパク質ができあがるわけじゃない」と答えている。これを考慮したとしても宇宙誕生からの時間はたった10の20乗秒しかないわけだ。いきなり100個のタンパクができるわけでないというのを>>14の考え方にプラスして考慮しても、これでもとてもじゃないけど時間が足りないはずである。だからそれを考慮しても時間的に無理と書いたのが間違っている？
96 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 22:25:02 ID:bdMz+vt8
>>94
> モノマーの比率が一定条件をみたせば配列が違っても、複数の安定な立体構造を作れる
例えば20種類のアミノ酸それぞれ5個ずつで計100個からなるタンパク質を考えた場合、配列が違っても同じタンパク質が出来上がるとすると、20^100を5!で20回割ればいいのかな？
それでも2400で割るだけだから、相当な組合わせというべきなんだがどうでしょ？
22 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 00:48:26 ID:ZI1K3JI6
生物には回転する器官がない、唯一の例外が鞭毛。なぜ足が車輪になっている生物がいないのかは謎。
そのへんを書いたSFがハイウェイ惑星、コブラでぱくられてるが…
86 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 17:28:22 ID:YSDPl1io
>>22
それはアシモフが解説してた、平坦な道が無いから。
87 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 18:01:40 ID:QWe9VvwC
>>86
そんなのただのこじつけで想像に過ぎない。
「車輪が磨耗するから」とかでも説明できるし、いくらでもこじつけできる。
所詮は創造論者と一緒で、何の根拠・証拠もなく、なんでも適者生存という名のもとに「想像」で説明していることに気が付いていない。しかし、彼らはこれを「科学」と称する。
ハエを航空工学の観点から見れば「飛んでいることがありえない」となるらしい。ハエと飛行機の例をとってみても分かるように、人類が生み出した機械・作動原理を、必ずしも自然界の生物も同じ機構を採用するとは限らない。
自然界は人類の生み出す機械とは別に進化する事だってあるというわけだ。自然界に「車輪がない」ことを無理やり「平坦な道が無いから」とこじつけて説明しているアシモフは間違っていると思う。
92 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 20:47:08 ID:1nB1lRh2
>>87
昆虫スケールでは空気の粘性が高いので、航空力学ではなく流体力学的視点から研究してるらしい。
24 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 00:52:32 ID:du2yUmSB
この記事を見て驚いたのが、X線結晶構造解析ではなくて電子顕微鏡で解析している点だ。
やればできるものなんだね。
28 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 01:42:44 ID:IC464Fo3
目がどうやって発生し進化していったかなんて、ググれば直ぐ分かる。
神が創りたもうとたとでも？ｗ
29 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 01:47:35 ID:gD/PQOHP
>>28
2chって、なぜかID論者がけっこういるんだよな。
![CropperCapture[431]](https://blog-imgs-31.fc2.com/s/c/i/scienceplus2ch/20100324123318b95.jpg)
38 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 06:04:00 ID:nFDaXNN7
鞭毛の動きを阻害する化学物質が開発されて、一部の細菌感染症の特効薬になったりしないかな？
39 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 06:09:41 ID:hajlWLd8
>>38
精子の鞭毛も動かなくなって…
40 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 06:10:43 ID:QWe9VvwC
>>38
べん毛の動きを鈍らせたいのなら、忌避物質を加えたらいいのでは？
既に30年以上前から忌避物質なんか分かっていることだけど、あと何故この記事は「鞭毛」とは書かずに「べん毛」になっているか分かっていますか？
41 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 06:16:33 ID:QWe9VvwC
>>39
精子の鞭毛は「鞭打ち機構」であって「回転機構」ではない。細菌の「べん毛」と精子の「鞭毛」とでは動作原理が違う。したがって、専門家はこれらを区別するために、細菌の「鞭毛」を「べん毛」とあえて書いて精子の「鞭毛」と区別するのが慣例となっている。
43 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 07:19:27 ID:FeIU00l5
>>41
で、べん毛は進化の過程でどうやって生まれたと思ってるの？
まさか個々では何の意味も持たないムダなパーツが１つ１つ「偶然に」出来上がっていってそれらが、数億年かかって組み合わされて全体が揃ってようやく意味のある形となる今の形になったとでも思ってる？
50 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 10:52:08 ID:qPEN6VvL
1分間に約2万回って、超遠心機並。
55 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 12:35:26 ID:YffYUlmo
生物の仕組みって巧妙であると同時に相当いい加減だよな。取り敢えず当面生き残るのに十分な機構があれば良いから、冗長だったり全く無駄な物が残ってたりする。そういうのが環境の激変時には案外生き残る鍵になったりする。
恐竜みたいに現状に対して高度に最適化されてるってことは絶滅候補筆頭ってことでもあるから難しい。アンモナイトは滅んだのに、生物の進化過程では旧型のオウムガイは生き残ってるし。
58 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 12:41:22 ID:oWzz4rXC
>>55
トヨタのカンバン方式だと、余裕＝無駄って考えて部品工場が一つでも停止すると全体がストップしてしまうので、余裕のある設計の方が生存には有利なのかもな。
59 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 12:49:14 ID:obereLjT
>>55
細菌類はとんでもなく最適化されてるよ？ 不必要な遺伝子はすぐに捨てる。
冗長があったら増殖速度で負けてしまうからな。細菌類が古細菌に対して優位なのは、DNA複製系とかのレベルで最適化されてるからとか。
60 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 12:52:50 ID:YffYUlmo
>>59
さらにプラスミドで最新バージョンのDNAパッチを施して出し抜くんですねw
64 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 13:15:16 ID:C8sGaUg/
こんな精密機械みたいな機構って、適当に進化しただけじゃ絶対無理だよね？
誰かが設計したに違いないよ。
67 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 13:28:18 ID:HiFEkPq6
>>64
人間じゃ無理なレベルだしな、やっぱ神かｗ
71 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 13:41:57 ID:w1/sH/Xl
>>64
しかもサイズから言えば、とてつもない外部抵抗に打ち勝つ耐久性と動力まで備えてる。
凄いテクノロジーだよ？
89 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 19:47:03 ID:7HOEOgjd
>>64
すると、その誰さんは、誰が設計したんだね？
65 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 13:22:55 ID:obereLjT
いくつか仮説は出されてるけどな。III型分泌システム→べん毛とか。
見た目と機能が同じ細菌のべん毛と古細菌のべん毛は、実は構造や回転機構が全然違うんだが、
創造論だとこの違いはどう説明する？
68 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 13:31:19 ID:QWe9VvwC
>>65
ふと思ったが、その違いをどう説明するの？
75 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 14:05:15 ID:obereLjT
>>68
機構的には古細菌のべん毛がガソリンエンジン、細菌のべん毛が電気モーターに例えることができる。
問題は創造論と進化論どちらでよりそれらしい説明ができるかということ。
進化を前提に考えれば、両者が別系統の生物であることを考えれば納得できる。付着器官（IV型線毛）+回転機構→古細菌の鞭毛へとか考えれば、進化過程もそれほど難しくはない。創造を前提に考えれば、わざわざ同じようなものを別の機構で2回も？ 規格統一すれば良かったのに。
77 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 14:11:56 ID:QWe9VvwC
>>75
さっきから気になるのだが、「創造、創造」ってそもそもこのスレの中に創造論者なんているのか？
73 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 13:46:36 ID:kETBm4GN
細胞も分子レベルまで突き詰めると結構機械的な動きなんだよな。
74 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 13:53:18 ID:QWe9VvwC
>>73
分子レベルまで突き止めて「ルースカップリング」という、機械の「タイトカップリング」とは全く異なる機構が提案されたんじゃなかったのか？
85 ：名無しのひみつ：2010/03/22(月) 16:45:49 ID:MfT1gFoo
1分で2万回転てターボのタービンだな、摩擦は起きないんだ？
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コメント
2010/03/24 URL 編集
軸受け部分が赤熱するほどになります。
なので直ぐにエンジン切ると軸が焼きつくため、ターボタイマーをつけます。
これマメな。
2010/03/24 URL 編集
2010/03/24 URL 編集
「ある程度高次なものは偶然には出来ないから、より高次なものが創造したに違いない」
ってことだよな？
じゃあその「より高次な物」ってのは誰が作ったんだ？
2010/03/24 URL 編集
考えることを放棄したに過ぎないよね。
無理だから働かない。
結局その考えは、ニートの思考に近い。
2010/03/24 URL 編集
人間の知能に決まってんだろ
2010/03/24 URL 編集
できるんじゃないの宇宙レベルなら
人間が作ったものも宇宙レベルなら偶然だし
1秒間に一回やったとしてという計算も謎だ
1秒間に何万回も色々やったり一発で何かできたりするのが宇宙レベルじゃないのか
2010/03/24 URL 編集
いや、一秒間に何百兆回やってやっと地球レベルだろ
べつに一種類のみが進化してるわけでも無いし
細菌なら一種類ごとに兆単位を超える量いるんだし
2010/03/24 URL 編集
2010/03/24 URL 編集
そのうち低性能な遺伝子は淘汰されて、高性能な遺伝子がベースに成りつづけるからな。
一発で高性能なモータができたわけでなく、
回転数が遅かったり、水掻き効率が悪かったりするモーターを掻き集めていいとこ取りした結果が今のモーターなわけで。
ID論者は、自然淘汰ナメすぎ。
2010/03/24 URL 編集
一部のキリスケ信者は聞く耳をもたないからね。
2010/03/24 URL 編集
いや、自然淘汰とかそうじゃなくて
落雷や火山の蒸気で発生した、ただのアミノ酸が、
細胞膜を持ち
設計図通りに自分を複製し
エネルギーの代謝する
そんなことが可能なのか？
確立を計算したら、宇宙誕生程度じゃ時間が足りない！
って、ID論者はおっしゃっております。
2010/03/24 URL 編集
どのみちどっちが正解と仮定しても、例えばこの回転チン毛の構造一つから創造論vs進化論の正解を見つけようってのは不毛な話だ
2010/03/24 URL 編集
天啓を得たわ
2010/03/24 URL 編集
って言おうとしたら既に書かれてたｗ
2010/03/24 URL 編集
～(ＦＳＭ)～
ノノ しし
2010/03/24 URL 編集
宇宙開闢以来の時間じゃなく、それとアボガドロ数の積だろ。
2010/03/24 URL 編集
長期的に見れば、エントロピーの低い複雑な構造を維持する方が
周囲のエントロピーを増大させ、系全体のエントロピーが高くなる
だから生命が進化によって複雑化するのは熱力学第二法則に反しない、
って物理化学の教科書に書いてあったよ。
2010/03/24 URL 編集
進化論は実験できないから難しい
べん毛ってマーギュリスによれば糸状細菌の共生だったよな
ミトコンドリアや葉緑体に較べると微妙な感はあるが
2010/03/24 URL 編集
進化実験はいくらでも行われてるっての。
生命の始まりは実験室でまだ再現出来ていない、なら正しいだろうが。
2010/03/24 URL 編集
生物はこの宇宙最大の謎で最大の神秘かもしれない
2010/03/24 URL 編集
2010/03/24 URL 編集
2010/03/24 URL 編集
2010/03/24 URL 編集
超遠心機はもう少し大きいよ。
http://images.google.co.jp/images?q=超遠心
2010/03/24 URL 編集
2010/03/24 URL 編集
遠心力とか摩擦とか作用する世界とは全く違う世界
2010/03/24 URL 編集
摩擦が発生する、しないの間の値が分かれば、結構すごいことなんでね
2010/03/24 URL 編集
俺はID論者ではないが、それはID論への反論にはならないだろう。
「より高次な物は最初からあり、それよりの前の時間は存在しないのだ。人間の感覚では理解できないが。」と言われてしまう。
2010/03/24 URL 編集
生まれる可能性がもっと高い組み合わせが生まれてない事だってありうるんだから
誰かが造ったと考えるなら、その根拠になる材料を集めるべきだよ
2010/03/24 URL 編集
宇宙は広いんだ、人が生まれて死ぬようにもっとハイペースで進化し続けてるかもしれない
多次元宇宙ならもっと・・・
ありえない？自分には同じレベルに見えるけどね
2010/03/24 URL 編集
↓
ゲームオーバー＝ビッグクランチ
↓
コンティニュー＝ビッグバン
↓
ゲームクリア＝ビッグクランチ
↓
強くてニューゲーム＝ビッグバン←おそらく今ココ
2010/03/25 URL 編集
化学進化の物的証拠としては不十分なの？
2010/03/25 URL 編集
回転チン毛で思ったんだが、回転する機構をちんこに採用してSEXの快感を高める進化は何故起こらなかったんだ
2010/03/25 URL 編集
無から物質ができる過程の方が謎
2010/03/25 URL 編集
2010/03/26 URL 編集
別に、いつもの科学板だよ
2010/03/26 URL 編集
ミクロの世界で大きな力を持ってくるのは小さい順に、
量子効果(不確定性原理やトンネル効果など)
ブラウン運動
ファンデルワールス力
といった具合。(多分)
充分ミクロなスケールの話をすれば動力は水分子などのブラウン運動に任せていればよいんだけど、ある程度長距離な移動をするためにはそれでは不充分なので、水素イオンなどを動力源とした機械的な構造が必要になってくる。
摩擦は発生してるんだろうけど環境へ散逸する方がずっと速いんだろうね。
2010/03/27 URL 編集
細菌程度の大きさだと水の粘性がすごいからプロペラなのかな
2010/03/28 URL 編集
どこでも見かけるけど、何でいつもニートに結び付けたがるんだろうね。
2010/03/29 URL 編集
ID信者さん達のほうが頻繁に使うよね。
最初の試行で一発ツモということだって世の中にはあるのに…。
2010/04/13 URL 編集
また遊びに来ます！！
2013/06/20 URL 編集