本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
宇宙間存在著各種不同形式的物質,有些強大而神秘,有些靈動而精巧,而在所有的物質之中,最為複雜,也最為奇妙的就是生命了。
我們不知道宇宙間存在著何等難以想像的生命形式,僅就地球上的生命而言,就足以令人驚嘆了。形形色色的動物、各種各樣的植物、數之不盡的細菌以及病毒,生命以不同的形式存在著,每一種生命的存在都彰顯著一種獨特的智慧。
對生物研究得越深,就越會產生這樣的一種感覺,那就是生命太像是被設計出來的了,它們太過精妙了。特別是有些微小的生命,如果我們能夠看清楚它們的外觀,一定會加深我們心中的這種看法,因為它們的外觀實在是太有設計感了,很像是一個小小的機器人。
這種有著機器人外觀的小生物,其實就是噬菌體。
噬菌體這個生物名詞,大多數人都會覺得有些陌生,而它並不是什麼稀有的東西,它到處都是,就算是我們每個人的體內也有著它們的存在。噬菌體是一種病毒,從名字我們就可以看出,這是一種能夠侵襲細菌的病毒。
當然,噬菌體之所以要侵襲細菌,主要是為了自己的存活,因為噬菌體本身是一種典型的寄生性病毒。何為寄生性病毒呢?就是說噬菌體並不具備獨立生存的能力,它必須要通過寄生在細菌內部才能夠存活,它的生存要依賴於細菌,繁衍同樣也要依賴於細菌。很多人第一次看到細菌體的樣子都不會認為它是一種生物,因為它看起來就像是一個機器,充其量也就是一個機器人。
我們所見的噬菌體圖片之所以如此像機器,有兩個原因。
其一就是噬菌體本身長得真的很像機器,其二就是我們所看到的不過是模式圖,與實物圖有一定差別,所以看起來就更加機械化了。值得注意的是,噬菌體的結構形態其實並不止上面看到的這一種,只不過上面這一種比較常見,且最像機器人。
這種常見的噬菌體結構可分為兩個大部分,上面的部分是一個正20面體的頭部,下面則是尾部。尾部又包括和頭部銜接的尾領、呈柱狀的尾鞘、尾鞘之內的尾髓、尾鞘下部呈六邊形的尾板、尾板下方的尾針以及像腿一樣的尾絲所組成。除了這種常見的形態以外,噬菌體還有兩種形態也比較常見,一種就是一個單純的20面體頭部,沒有尾部,而另一種則是線狀體。
噬菌體這種充滿機械感的外貌是如何產生的呢?
顯然不會是人類所設計的,人類的歷史從南方古猿時代算起也不過300萬年左右,而噬菌體的存在已經有幾億年之久了。當然,噬菌體長得像機器也並不是沒有原因的。先說它的頭部吧,噬菌體的頭部是一個正20面體,對於多面體而言,正多面體顯然搭建起來是最為簡單的,所以為了便捷,人類在製造機器的時候肯定會將機器設計成正多面體,而作為結構簡單的病毒,選擇這種最簡單的結構來搭建身體也是理所當然的。
那麼為什麼是正20面體呢?因為正多面體只有五種,分別為4、6、8、12、20面體,而20面體是其中最接近圓形的,也就是說在用料相同的情況下,正20面體的體積是最大的。本著少花錢多辦事的原則,噬菌體長成這樣也就是理所當然了。
至於噬菌體的尾部結構,是為了能夠牢固地抓住細菌,噬菌體離開細菌可是沒有辦法存活的。
為什麼噬菌體一定要依靠細菌才能存活呢?因為噬菌體作為一種病毒,並不具備完整的細胞結構,其頭部只含有單一的核酸,所以噬菌體要依靠自己的尾部抓住細菌,再通過尾部的尾刺將頭部的核酸物質注入到宿主的體內。
噬菌體的核酸物質進入到細菌之中後會對細菌進行重新編程,並在細菌體內產生新的噬菌體顆粒,這些噬菌體顆粒最終組裝為很多新的噬菌體,隨後細菌的生命也就走到了盡頭,隨著細菌的溶解,細菌體內的噬菌體被釋放出來去尋找新的宿主。其實,噬菌體的幾何機械外形並不是什麼人特意設計的,其只是遵循了基本的數學規律,就像世界上所有的生命形式一樣,大家都遵循著世界的客觀規律而存在著。