Первый двигатель на Земле появился раньше человека: ИИ открыл секрет статорных белков

Микроскопические механизмы, которые управляют движением живых существ, с каждым годом становятся всё более увлекательной темой для ученых. Исследование, проведенное учеными из Оклендского университета (Новая Зеландия), сделало значительный шаг в понимании эволюции одного из самых древних природных механизмов — микроскопического двигателя, который позволяет бактериям двигаться. Результаты исследования, опубликованные в журнале mBio, дают нам новое представление о происхождении статорных белков — ключевых компонентах бактериальных "моторов".

Статорные белки и их роль в движении бактерий

Статорные белки встроены в клеточную стенку бактерий и играют решающую роль в движении этих микроскопических организмов. Они работают как поршни, преобразующие поток ионов в вращательное движение. В своей основе эти белки отвечают за вращение жгутика бактерий — тонкого "хвоста", который действует как микроскопический пропеллер и толкает клетку вперед. Это вращение может происходить с невероятной скоростью — до сотен оборотов в секунду.

Без этих белков бактерия не могла бы двигаться, и её способность к передвижению, а значит, и выживанию, была бы значительно ограничена. Исследование, проведенное командой ученых из Оклендского университета, помогло не только разобраться в механизме работы этих белков, но и проследить их эволюцию.

Эволюция статорных белков и превращение их в мотор

Ученые использовали алгоритм искусственного интеллекта AlphaFold, который был удостоен Нобелевской премии в 2024 году, чтобы восстановить трехмерную структуру статорных белков. Сопоставив данные о более чем 200 бактериальных геномах, они смогли построить эволюционное "дерево", которое проследило путь возникновения первых белковых моторов на планете.

Исследования показали, что статорные белки произошли от простых ионных переносчиков, которые первоначально перекачивали заряженные частицы через клеточные мембраны. Со временем этот механизм усложнился, и он стал выполнять гораздо более сложную функцию, превращаясь в полноценный мотор, позволяющий бактериальным клеткам двигаться.

Это открытие напоминает процесс эволюции у более крупных существ, таких как динозавры. Как перья у древних динозавров сначала использовались для терморегуляции, а позже — для полета, так и поток ионов у ранних бактерий стал основой для механизма движения. Принцип работы этих микроскопических моторов практически не изменился с момента их появления миллиарды лет назад.

Как это открытие помогает понять биологическую эволюцию?

Открытие, сделанное учеными из Оклендского университета, помогает нам глубже понять эволюцию жизни на Земле. Механизм, который был создан природой более 3,5 миллиардов лет назад, остается эффективным и сегодня. Этот биологический двигатель, один из первых в истории, продолжает использоваться бактериями для движения. Изучение таких механизмов открывает новые горизонты в понимании биологии и эволюции.

Несмотря на миллиарды лет эволюции, базовые принципы работы этих биологических моторов остаются неизменными. Это не только подчеркивает эффективность природы, но и показывает, как сложные системы могут развиваться из простых механизмов, сохраняя свои основные функции.

"Несмотря на миллиарды лет эволюции, принципы работы этих микроскопических моторов почти не изменились", — отметил Мэтью Бейкер, ученый из Университета Нового Южного Уэльса.

Эволюция статорных белков и их роль в движении бактерий

А что если…

А что если это открытие поможет в создании новых технологий?
Изучение принципов работы таких микроскопических двигателей может привести к созданию новых биомеханических устройств или робототехники, использующих похожие принципы движения.

Преимущества и недостатки исследования эволюции статорных белков

Ошибка → Последствие → Альтернатива

Ошибка: игнорирование роли микроскопических биомеханизмов в эволюции жизни.

Последствие: недооценка важности изучения древних механизмов, которые могут вдохновить на создание новых технологий.

Альтернатива: более глубокое исследование древних биомеханизмов для разработки инновационных решений в медицине и технологиях.

FAQ

Что такое статорные белки?
Статорные белки — это молекулы, встроенные в клеточную стенку бактерий, которые превращают поток ионов в вращательное движение, позволяя жгутикам бактерий двигаться.

Как была изучена эволюция этих белков?
Исследователи использовали алгоритм искусственного интеллекта AlphaFold и проанализировали данные более 200 бактериальных геномов, чтобы восстановить эволюционную историю этих белков.

Как это открытие может повлиять на технологии?
Открытие может привести к новым биомеханическим технологиям, таким как роботы, использующие принципы бактериальных моторов для движения.

Мифы и правда

• Миф: микроскопические моторы бактерий не играют значительной роли в эволюции.
  Правда: это один из самых древних и эффективных биологических механизмов, который продолжает существовать и использоваться бактериями сегодня.
• Миф: древние биомеханизмы не могут быть полезны в современной науке.
  Правда: изучение этих механизмов может привести к инновациям в области медицины, робототехники и биотехнологий.
• Миф: микроскопические двигатели бактерий не сложны в своей работе.
  Правда: эти механизмы чрезвычайно сложны и эффективны, что делает их изучение ценным для понимания принципов биомеханики.

3 интересных факта

1. Бактерии могут вращать свои жгутики до сотен оборотов в секунду, что позволяет им двигаться с большой скоростью.
2. Принципы работы статорных белков бактерий почти не изменились за миллиарды лет эволюции.
3. Использование алгоритма AI, такого как AlphaFold, позволяет ученым точно восстанавливать трехмерные структуры белков и молекул.

Исторический контекст

1. Принципы работы бактериальных моторов начали изучаться еще в начале 20 века, но с развитием технологий AI, таких как AlphaFold, исследования продвинулись на новый уровень.
2. Эволюция первых биологических двигателей на планете произошла более 3,5 миллиардов лет назад, когда бактерии начали использовать ионные переносчики для своего движения.
3. Сегодня эти же принципы используются в современных биотехнологиях и могут быть адаптированы для создания новых технологий.

Открытие, сделанное учеными из Оклендского университета, позволяет лучше понять эволюцию микроскопических двигателей, которые помогают бактериям двигаться. Это знание не только расширяет наше понимание биологии, но и может вдохновить на создание новых биомеханических и технологических решений.