为什么噬菌体长得那么机械?不像自然界的产物?

飞龙在天9783


噬菌体是一种病毒,病毒是介于生物与非生物之间的一种物质。在没有遇到宿主——细菌、细胞之前,完全可以将其看成没有生命的化学物质。它既没有任何动作,也没有新陈代谢,更不会进行繁衍生息。就是一个大分子。

一旦接触到宿主,他的遗传物质大分子:DNA或者RNA,就会神奇地拆散宿主的DNA,取得原材料,然后按照自己的分子顺序进行组装。组装完成后就分裂成两个。与此同时,被病毒感染破坏的宿主个体:细菌或者细胞,也就死亡了。

这个感染的过程,即是病毒繁衍、复制自己的过程,也可以说是遗传大分子的一种化学反应。

读懂了病毒,也就读懂了生命体与非生命体,它们之间的界线其实是模糊的,病毒正是这个模糊地带的神奇存在。并且,如果按照病毒种类与绝对数量上来说,说人类是地球的主宰也许并不准确。因为,一滴海水里就可能存在上百万的病毒。

从这种角度上来看,无论病毒是生命体,还是非生命体,最重要的是它的遗传信息的传递。能够顺利传递,它就可以存世。不能传递,它就会被自然选择所淘汰。

无论是病毒、细菌、真菌,无论是动物、植物、微生物,本质上其实都是遗传物质DNA或RNA复制传播它自己的一种载体罢了。不同之处在于,有的遗传指令简单粗暴,就像病毒,直接暴力拆解宿主,组装自己。当然,它们的传播策略则各有千秋。比如让宿主忍不住咳嗽——流感病毒,甚至让宿主疯狂撕咬其他生物——狂犬病毒。

有些则足够复杂,进化出了一堆堆的器官、系统,比如呼吸系统、消化系统、循环系统、生殖系统,维系自己的传承。

通过亿万年的进化,人类的遗传信息最绝妙,他们进化大脑,人类掌握了知识,他们越来越聪明,聪明到终于认清了生命的本质,DNA的伎俩。人类甚至已经掌握了自己组装、修改、转接DNA的技术。从某种角度上看,人类已经成为了自己的上帝。他们能够不依靠自然选择的缓慢进化,自主设计,甚至创造之前完全不存在的新生命体。

科学家们已经通过重写DNA,成功创造出了之前世界上不存在的人工酵母。


科普平论猿


乍一看噬菌体,样子长得还真像纳米机器人,这是一种巧合还是另有原因?

噬菌体是自然界病毒种类中分布最为广泛的群体,几乎无所不在,就连我们的肠道内都有它们的身影。噬菌体首先是一种病毒,它专门侵袭细菌,必须在活体细菌内生活,是典型的寄生性病毒,并且赋予宿主相应遗传物质。


噬菌体在结构上的差别也比较大,非常常见的,也就是题主发的那个图片,是有尾部的20面体,尾部储存着dna物质。还有其它两类,即无尾部20面体和线状体。正20面体由于非常接近球形,在相同体积下,所需的搭建原料最少,是病毒界比较常见的组成结构。

噬菌体具有病毒的特性,形体非常微小,不具备完整的细胞结构,头部只含有单一的核酸,外层覆盖一层蛋白质外壳。而尾部则由蛋白质组成,分为尾领、尾鞘和尾髓部分,末端有尾板、尾刺和尾丝,之所以看起来有像纳米机器人的腿,主要是与吸附宿主有关,能够牢牢抓住宿主,也是头部核酸物质进入宿主的通路。






所以,噬菌体的形态,既与本身蛋白质结构有关,也与生物活性的增殖过程有关,是适应自身生存发展的特定需要。


优美生态环境保卫者


噬菌体是一种病毒,它专门侵袭细菌,必须在活体细菌内生活,是典型的寄生性病毒,并且赋予宿主相应遗传物质。


无尾部结构的二十面体:这种噬菌体为一个二十面体,外表由规律排列的蛋白亚单位——衣壳组成,核酸则被包裹在内部。

有尾部结构的二十面体:这种噬菌体除了一个二十面体的头部外,还有由一个中空的针状结构及外鞘组成的尾部,以及尾丝和尾针组成的基部。

线状体:这种噬菌体呈线状,没有明显的头部结构,而是由壳粒组成的盘旋状结构。

迄今已知的噬菌体大多数是有尾部结构的二十面体,这是因为正多面体是多面体里最简单的结构,搭建起来最容易,所以病毒喜欢采用正多面体的结构。而正多面体一共又只有五种,分别是正4, 6, 8, 12, 20面体,其中正20面体是最接近球形的,也就是在体积相同的情况下,需要更少的材料,更为节省。


噬菌体具有病毒的特性,形体非常微小,不具备完整的细胞结构,头部只含有单一的核酸,外层覆盖一层蛋白质外壳。

而尾部则由蛋白质组成,分为尾领、尾鞘和尾髓部分,末端有尾板、尾刺和尾丝,之所以看起来有像纳米机器人的腿,主要是与吸附宿主有关,能够牢牢抓住宿主,也是头部核酸物质进入宿主的通路。

然而它恰恰是大自然的杰作,因为几何机械外形,刚刚好维持它的日常生活状态,而且又最大限度的利用自身基因去繁衍,所以这是通过大自然数学规律实现的。


星球上的科学


很抱歉,你的命题不成立。

你看到的都是模式图,而不是实物图。事实上噬菌体的种类很多很多,有的基因组是dna,有的遗传物质是RNA,形态上有短腿的,有长腿的,有的腿可以收缩,有的就完全是丝状的,比如m13噬菌体。腿是一个形态名称,其实是蛋白质聚集体形成的结构,在电镜下就是一个长发丝状的结构。对于多面体的头部,一般是外壳蛋白按照一定的拓扑排列组成。但是和机器差别还是很大的,形状上你可以理解成带有草莓🍓一样的凸起的结构(氨基酸侧链)。

自然界细菌种类大体上含有革兰氏阳性,革兰氏阴性两大类。此外结核分枝杆菌,支原体,衣原体结构和革兰氏染色特性不一样,不好归属。人的体表,口腔,消化道等地方有几千种以上的细菌(包括了致病菌,条件致病菌,还有益生菌,绝大部分是无害的共生菌,和我们一起演化,组成生态系统),这些细菌有些携带了溶原噬菌体,有些携带裂解型噬菌体。噬菌体在自然界分布广泛,有人分析过近海的海水,每一升中竟然有高达一亿个以上的噬菌体颗粒,你可以想象一下,我们池塘,湖泊,河流水体的噬菌体数量。有些噬菌体可以感染不同种类亲缘关系较近的细菌,但是通常会有一定的种属特异性。

噬菌体在生物学分类上就是一种病毒,只是它感染的是细菌之类的微生物。病毒这一家子,不同种类有不同的宿主,有感染细菌的,有感染植物的,有感染昆虫的,有感染对虾之类甲壳动物的,甚至还有能够对抗病毒的病毒。我们比较关心的是感染哺乳动物的,比如这次闹的很凶的非洲猪瘟病毒。此外还有常见的乙肝病毒,艾滋病毒等。非洲猪瘟病毒并不感染人类,所以不必紧张。

要想看一看更贴近真实情况的噬菌体形态,只要搜索带有microbe phage electrophotography 标签的图片即可。我手机上没有存噬菌体图,这个对我们来说是一种污染,我给你看看一张病毒颗粒图,它和噬菌体之间相当于是住在不同房子里的表兄弟。对了,噬菌体具有生命,结构上有很强的柔性,组成尾巴的shaft部分可以摆动,也可以吸附在宿主表面,甚至通过酶解作用在宿主细胞壁上打孔,帮助噬菌体侵染宿主。噬菌体头部通常包裹遗传物质,有一定的塑性可以变形。整体在一定范围内有无规则热力学运动,它的大小一般是十纳米级别的,大的可以达到几百纳米。它可以在细菌内复制自我。你家机器这么小并且可以复制自我吗?

所以,形态上看到的模式图往往是一种理想化的模型,和实际的噬菌体形态差别很大。噬菌体在地球上出现比智慧人类早了几亿年,不可能是人造机器。



兔子不吃荤


首先必需说,长得像“机器”,这主要是肌尾噬菌体科和短足噬菌体科的典型特征,其它噬菌体可不是这个样子的。


上图:典型的大肠杆菌噬菌体T4的扫描电镜照片,看起来很像是一只昆虫(六条腿),其独特的外观让它成为了科研论述和科普的最佳代表。但是并非所有噬菌体都长成这般科幻的模样。注意,扫描电镜图是电子在噬菌体蛋白质分子旁衍射而形成的图像(电子非常小,因此解析度相当地高,以至于能够描绘出分子外周的电子云电场的体积感),它反映的是生物分子电动力学边界的外貌,因此看起来线条精细且有“肉感”。这只能反映包围在分子外围的静电场的形状,这是否能反应分子的真实形状,很难说。


先简单科普一下噬菌体的意思:

噬菌体是一种病毒,但它不会攻击植物或动物细胞,而是攻击细菌,以其为宿主进行复制。噬菌体具有高度的特异性,只会结合特定细菌细胞膜的特定位置,然后像注射器一样,向细菌体内注入其遗传物质。对于上图中的噬菌体T4,其遗传物质就存储在顶部的那个六面体围成的腹部里面。噬菌体的病毒mRNA只需几分钟就可以利用细菌的核糖体制造自己的蛋白质,从而将细菌转变为病毒加工厂,生产、组装出无数新的噬菌体。和病毒一样,噬菌体实际上相当于是“强行委托”细菌这个具有“完整产能”的生化工厂替自己“代工”,但这种代工不仅不支付费用,而且还要威胁到代工厂的生存。因此噬菌体和病毒以人类的观点来看,确实有点“过于邪恶”了。不过敌人的敌人可以成为我们的朋友,也就是说我们可以利用噬菌体来杀菌,而且可以“点杀”,因为噬菌体一般只能杀死特定的细菌品种。


噬菌体T4

噬菌体T4,这个只感染大肠杆菌的家伙,是出于教育和科普目的而常用的示例,因此我们看到的通常都是它那种超级科幻的“玉照”。 由于大肠杆菌和噬菌体T4都很易于实验室培养,因此T4也是用于对噬菌体进行研究的最佳对象之一。 当然,除了它之外,还存在许多其他类型和样式的噬菌体。


通常,“噬菌体”仅指感染细菌的病毒。 结构、形态的种类非常繁多,不能一概而论。

但人类对噬菌体的研究还不够充分,对其特征了解有限,原因是它们的尺寸极小。根据目前的研究表明,有理由相信几乎所有细菌物种都会感染一种或几种类型的噬菌体,并且大多数噬菌体被认为具有高度的特异性,也就是说只感染特定的细菌。


上图:噬菌体T4的外观结构。


噬菌体T4看起来像机器的主要原因

可能在于其几何形状让人联想起机器实际上这个原因跟构成生物体的材料——蛋白质的解析度有关。

我们平时都关心电脑屏幕和手机屏幕的解析度,如果解析度太低,那么我们看到的图像就会出现锯齿和棱角。以一个小圆点为例,在高分辨率的手机屏幕上来看,我们会觉得虽然一个圆点虽小,但是靠近了看仍然是一个圆,但如果将同一个圆点的图片放到低分辨率的手机上去看,就会发现圆点可能就只变成了几个方块像素构成的不规则图形,甚至根本不是圆了。

上图:不同详述级别表现出来的圆的外观。三个像素宽度的圆就已经是一个有棱有角的正方形了。


噬菌体和几乎所有病毒一样都非常小,如此之小,以至于它们的外壳仅仅由几个蛋白质的构建块组成。想想,由20块矩形砖构成的结构看起来肯定比由200万块砖构成的结构更有棱有角,因为解析度太低,没办法构建出平滑的圆弧。因此,包括噬菌体在内的病毒往往具有规则的几何形状,以等效的视角来看,就是由许多直线和角构成(当然真实的蛋白质分子不可能是完美的直线和角),而噬菌体T4恰好外观符合了人类对于机器人的定义。而实际上其他病毒也有棱有角,只是不符合人类关于机器人的认知罢了。

上图:典型的几种病毒。从左到右:

a-烟草花叶病毒(植物病毒)

b-腺病毒(普通感冒等)

c-流感病毒(流感)

d-噬菌体T4(细菌病毒)


总结

机器并不一定要是金属制作的,纳米机器人很可能就是蛋白质机器人,那么我们还需要自己制造吗?使用大自然创造好的纳米机器人不是更方便?

人类总是从自己的认知来理解这个世界,往往带来曲解。所以我们需要更加客观地看待某些我们认为是理所当然的东西。


小宇堂



噬菌体是一种微小的蜘蛛状病毒,它降落在细菌上注射自己的脱氧核糖核酸,导致细菌死亡。

噬菌体不攻击典型的植物或动物细胞,而是利用细菌作为其复制宿主。噬菌体高度专业化,落在特定细菌的特定部位,就像带腿的注射器一样,注射它的遗传物质(储存在顶端的那个大灯泡里)。



病毒基因只需几分钟就能“欺骗”细菌核糖体制造出自己的蛋白质,将细菌转化成病毒工厂,在某些情况下,病毒工厂会随着自己的产品爆炸,产生更多的噬菌体,这就是噬菌体的繁殖方式。



对于那些相信生命是仁慈的上帝创造出来的人来说,相信噬菌体是邪恶创造产生的也是很自然的。



当然,人类长期以来一直将噬菌体想象成从抗生素替代品到噬菌体疗法的工具,再到批准的食品喷雾剂。虽然很容易将纳米机器人视为人类生物统治的未来,但有时使用自然产生的“机器人”是更好的选择。


军机处留级大学士


天下之大,无奇不有。纷繁复杂的生命世界中,有许多奇形怪状的微生物,噬菌体就是其中之一。



噬菌体是一种专杀细菌的病毒,他们的头部一般是20面体,好比一个有20个面的骰子,蛋白质的外壳中包含了噬箘体的所有遗传信息;头部的下方通常跟着一个长长的尾巴,尾巴的底端还会有一些长的像腿一样的刺突。噬菌体的形状非常像人造的机械,有人说是纳米机器人。



噬菌体的形状是为了入侵细菌而设计的,它们的尾巴是中空的,尾巴末端上的刺突能够识别和牢牢地抓住细菌,目的是为了方便遗传物质进入细菌体内。



当噬菌体遇到它的目标细菌时,尾巴末端就会像针管一样迅速刺穿细菌的表面,然后用一些奇怪的动作将它们的遗传物质通过尾巴注入细菌体内。几分钟内,细菌就会被噬菌体接管,整个细菌就变成了一个噬菌体组装工厂。最后,细菌溶解,噬菌体从细菌体内逃逸,然后去寻找新的目标。



纳米机器人和噬菌体长的很像,他们是人类制造的,不排除一些科学家设计纳米机器人的形状时,借鉴了噬菌体的构造。

噬菌体的形状是在进化的过程中形成的,如果他们不长成这个样子,很有可能就灭绝了,我们也不会看得到它们。它们是大自然的杰作,这样的外形让他们能够最大程度生存和繁衍。


疯狂知识点


我们所能观测到的东西都是微观物质的聚集导致的宏观效应,从根本上来说,人类的感官无论是听觉,视觉,味觉还是触觉都只是人类对声波,光波,电磁波,机械波的宏观感知,对整个世界而言,这些波也仅仅只是波长与频率的不同,本质上是一样的,由此可见,不同的波构成了整个世界,既然在这一层级或者说数量级层面,构成了我们所能够认知的世界,那么一定有上一层级或者是下一层级的地方也有智慧生物的出现,只是由于二者相差太过于巨大,因此二者之间不会有任何影响。这也就解释了为什么迄今为止人类还未发现其他智慧生命宇宙,当然这只是我个人的想法,对波的描述也不够精确,但是这就是我所理解的现实


煤先生不晒也很黑


对于细菌与病毒来说,人体就是它们的地球它们的宇宙,有的对人体有害有的对人体有益,就相当于人类对于地球来说,地球上曾经自然灭绝的物种,说是自然淘汰,不如说是地球为维持平衡的淘汰,就像人体生病,有病毒,人体就会产生抗体杀死病毒。对于细菌和病毒来说,它们不会考虑人体也就是它们所谓的地球是不是生命体,人体是它们无法理解的,就像人类无法理解地球是另外一种生命体。其实人类就是地球的细菌,开始对地球是有益菌,后来人类开始进化,有益细菌进化成病菌,又进化成病毒,又进化成癌细胞……不停榨取地球的资源,杀死维持地球平衡的其他生物……最后的结果不是人类杀死地球就是地球想法杀死人类,人类同地球之争多么像疾病同人类的抗争。如果人类不做出改变,即使移民到其他星球,也是残喘而已,就像癌细胞不能离开人体存活一样,即使进化到一定地步,可以传染别人,也离不开毁灭的结局,除非人类可以无限制增长,它们不可能凭空生存。


半醉半醒半浮生22


噬菌体是一类病毒的统称,它们主要的寄生目标是特定的某些细菌,噬菌体的寄生可以导致细菌的破裂,因此顾名思义的被称为噬菌体。俗话说敌人的敌人就是朋友,噬菌体对于一些危害人体健康的细菌来说就是噩梦,因此也可以说噬菌体是人类的好朋友。它们构成比较简单和其它病毒相同就是由遗传物质和蛋白质构成,但是噬菌体又被称为自然存在的纳米机器人,就是由于它们的外形结构太过于机械。

噬菌体的头部一般是正二十面体,遗传物质DNA或者RNA储存在头部,在几何学立方对称结构中二十面体很特殊,和应用的“材料”相比相对来说具有最大的容积,可以承载最多的遗传物质。噬菌体的繁殖方式分两种,一是直接把自己的遗传物质注射到细菌中进行编码蛋白质并且复制,形成更多的噬菌体,最终破解细菌而出;第二种是直接把自己的遗传物质整合到细菌的染色体上,随着细菌的分裂,噬菌体的遗传物质也被遗传到新的细菌上。


噬菌体吞噬细菌的过程有这样几步:1.吸附、2.注射、3.合成、4.装配、5.释放


高效的完成这几步,噬菌体的特殊结构起到主要作用,而细菌就像是噬菌体租借的一个“零件制造工厂”,用细菌的原材料制作自己需要的遗传物质或者身体的结构蛋白。最后再组装成新的噬菌体,待噬菌体数量足够多的时候,这个租借的工厂也就失去了它的价值,噬菌体会让细菌解体破裂最终释放。
自然界中的噬菌体广泛存在,甚至于我们的身体内都大量的存在着噬菌体,尤其是细菌聚集的地方我们的肠道。为了实现借助细菌繁殖,它们自身的这种结构最为适应,既简单又较为实用。与其说它像纳米机器人,倒不如说纳米机器人是仿照噬菌体来制作的。

(几张图中展示的都是T4噬菌体)

噬菌体除了这种比较机械化的结构有头有尾,还有整体呈现出线状的噬菌体,它们的外形就比较常规了。至于说噬菌体为什么长得这么机械,只能去问它的DNA了。