是誰，具有同時運行一萬億臺納米機器人的技術？不是美國

2020-10-13 知識來源於驚異

同時運行一萬億臺納米機器人，在地球上，沒人有這麼大手筆，傑夫•貝索斯、比爾•蓋茨和馬雲也做不到。即使全世界的人加在一起也不行。但令人絕對想不到的是，人類不行，小小的蟾蜍竟然做到了，準確地說，是蟾蜍未成熟的卵細胞。


兩棲類卵細胞

核糖體，是細胞裡的一個小小細胞器，非常精緻，絕對精巧，被稱為生產蛋白質的納米機器人。它能高度準確地按照DNA發出的訂單信息，生產任意一種蛋白質。一般情況下，一個細菌中會建造幾萬臺這種機器人，一個真核細胞中會有幾百萬臺，而在一個未成熟的蟾蜍卵細胞中，由於需要快速合成大量蛋白質，所以竟然在很短時間內，就組裝了超過一萬億臺！一萬億臺，我們地球上人類所有的機器加起來，能有多少臺？

細菌核糖體模型

說核糖體是納米機器人，是因為它們能自動識別並把20種基本胺基酸按照訂單上的密碼信息添加進去，從而組裝出蛋白質的前身——肽鏈。不可思議的是，肽鏈生產出來後，會按照正確的方式，自動摺疊，轉眼之間，就變成一團立體的具備特定功能的蛋白質。核糖體組裝肽鏈的精確性很高，其出錯率小於十萬分之一。

核糖體在「列印」肽鏈


核糖體，是最古老的細胞器，可能在細胞結構產生之前，它就存在了。它擁有最古老的酶——核酶（rRNA）。催化胺基酸連結成肽鏈的，就是核酶，而不是蛋白質。世界上的事情，總是奇奇怪怪。蛋白質的催化功能無人能及，可是，催化蛋白質合成的，卻不是蛋白質自己，而是古老的核酶。它們早就退出了催化舞臺，不料卻躲在角落，默默地培養新一代的酶——蛋白質。這些核酶，就像是最古老的洞中神仙，珍藏著生命起源和進化的信息。核糖體是幾乎所有細胞都必須擁有的細胞器，其重要性毋庸置疑。2009年10月7日，三位科學家因對核糖體結構和功能的研究，共同獲得2009年諾貝爾化學獎。


核糖體核酶模擬圖


不要擔心一萬億臺機器人會把卵細胞撐破。一個核糖體，直徑只有大約30納米，體積大約是14000立方納米。而一個蟾蜍卵細胞，直徑一般幾個毫米，體積即使算作1立方毫米，也相當於100億億立方納米。而一萬億個核糖體，總體積不過1.4億億立方納米，只有卵細胞體積的1.4%。


大腸桿菌放大一百萬倍染色圖。紅色箭頭下小斑點為核糖體，非常微小。


你也不用擔心，一下子組裝一萬億臺機器人，是不是太浪費了？當然不會。任務完成後，大部分核糖體會降解，降解產物或作為合成其它物質的原料，或用來生產能量。生命進化了這麼多年，高效地回收利用是其基本功。

納米機器人

生命的奇蹟，讓我們無法想像。假如我們能變成一個原子大小，到未成熟的蟾蜍卵細胞裡旅遊一番，看看一萬億臺機器人同時忙碌著，全自動地生產出那麼多奇形怪狀的蛋白質，將是多麼有趣的經歷，多麼震撼的感覺啊！忽然之間，你大概會覺得，生命本身，真是太偉大了，竟然擁有如此強大的大規模生產能力。而我們人類目前的文明，其實還很渺小啊。

機器人

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    這個過程看起來很簡單，但也引發了許多關於納米材料的問題。納米機器人學是關於建造納米（10^-9米）級別機器或機器人的新興學科，屬於納米技術的範疇。第一個使用納米機器人（nanobot）這個術語的科學家是美國物理學家理察·費曼。早在1959年，他在一次大眾演講中，提到了使用納米機器人來治療心臟病的概念。從那以後，人們進行了大量的研究，想看看這些納米分子裝置究竟能帶來什麼奇蹟。
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