为什么噬菌体长得那么机械？

噬菌体是什么？为啥长得那么像小机械人？~

生物之间的斗争是无穷无尽的，细菌可以“吃”我们的肉，当然也有以细菌为食的小家伙们，那就是噬菌体，一种专门“吃”细菌的病毒。


什么是病毒？
病毒是什么？有很多人可能还分不清它与细菌之间的关系，有很多著名的疾病，有些是由细菌引起的，比如霍乱或肺结核；而有一些则是由病毒引起的，比如流感与狂犬病。它们的致病机理是完全不一样的，细菌就像是一支入侵人体王国的军队，它们有自己的结构与组织，可以独立生存；而病毒则像是毒品之类的东西，会让沾染上的人倾尽所有直到衰竭。


所以，病毒可以让人体王国细菌沾染上，也可以让细菌沾染上，细菌一但沾染上了噬菌体，就会将自己所有的资源用于合成噬菌体所需的蛋白质与DNA，最后衰竭而死。


详细来说细菌是一个个微小的细胞，它们比我们的绝大多数体细胞都要小，但确实是一个可以完成完整生命周期的小细胞。而病毒则比细菌还要小得多，它们是一个装着DNA的蛋白质与寡糖组成的小盒子，如果放大来看可以直接观察到组成它的原子。因为它们太小了，在相当长的一段时间里科学家都无法通过显微镜观察到它，因此以为这是某一种有毒物质。现在一般情况下我们将病毒定义为介于生命与非生命之间的存在，也会称其为“非细胞结构生命体”。


吃细菌的病毒
第一个看到噬菌体的人一定会惊异与其相当科幻的造型，它们看上去仿佛像是一个个微小的机甲，仿生蜘蛛的机器人；特别其多面体的外形也透露出一股赛博朋克的风格，越发地像一个人造的物体了。
那为什么它会是这种形状呢？有关噬菌体有哪些有趣的知识呢？就让我们来认识一下吧！


整个噬菌体家族非常的庞大，古老且丰富，它们几乎与细菌一起出现在地球上，距今已经有差不多30亿年之久了。噬菌体的数量非常非常之多，它们的数量比地球上所有的其它生命（包括所有细菌）加在一起还要多。可能超过10^31个（10000……000，总共31个0）。噬菌体最多的地球环境是海水，大海中70%以上的细菌可能都感染了噬菌体，
国际病毒分类学委员会（ICTV）根据形态和核酸对噬菌体进行了分类。总计有19个科的噬菌体，其中只有两个科是以RNA为主要遗传物质，有五个科是包膜病毒。
在具有DNA基因组的噬菌体科中，只有两个是DNA单链结构。具有双链DNA基因组的病毒科中有8个是环状基因组，9个是线性基因组。九个科只感染细菌，九个科仅感染古细菌，一个科同时感染细菌和古细菌。


而我们最常见的，看似小机器人的那种名叫T2噬菌体，专门针对大肠杆菌下手，是一种烈性噬菌体。所谓烈性指的是它一定会把入侵的细菌弄到死，相对的是有一些比较温和的噬菌体，它们与细菌的关系就像人类与蛔虫，可以长期地寄生在细菌体内。
温和化是一种自然协同进化的必然产物，因为过于烈性致死率有时候会切断感染源，让自己也无法继续传播下去，所以利益最大化的选择还是“天长地久”比较好，因此即使噬菌体感染率如此之高，细菌们也依然可以生存下去


别看它形状复杂，其实只有两个主要结构——DNA和外壳。DNA中记载着丰富的信息，主要还是用来合成外壳的信息，包含头部、颈环、尾鞘、尾管、基板、刺突与尾丝。
入侵细菌指南
那么它们是如何侵染细菌的呢？首先我们得明白一件事情——病毒本身是没有任何动力的，它只有在溶液环境中扩散而已，所以要想抓住细菌，就必须有相应的结构才行，那六根可爱的小腿就是这个作用，它们的分子与细菌外层荚膜的分子有结构上的吸引力，所以当噬菌体在水分子的布朗运动下随机与细菌表面接触的时候，尾部就会粘在细菌上而不是头部。

在尾部我们可以看到一个叫刺突的结构，它也会在分子层面上将细菌的保护层剥开，这与宏观的穿刺不同，是分子的吸引作用力让其分开的，之后一起被封闭在头部的DNA也会因为热力学运动而进入细菌内部。
我们知道细菌的遗传物质是DNA，它工作的原理就是在细胞内部这个富含各种分子原料的环境中将自身的信息通过核糖体转化为蛋白质。同样的道理，噬菌体DNA进入细菌后，其DNA也会利用现有的原料与核糖体合成蛋白质，这些就是组成噬菌体的外壳的各种结构。
当然，这些DNA不仅会“偷”细菌的原料合成自己的外壳，还会复制自己，在一定时间后，细菌内部就会充满噬菌体合成的东西。


然后就是形成病毒的最后一步，也是最有意思的一步了——组装。我们可能会惊异于其复杂的结构，其实这些也都是分子结构的功劳，它们在细菌体液中随着热力学布朗运动随机碰撞，合适的结构之间就会自己粘在一起，比如在基板上就有6个分子突起点，这个位置恰恰可以与尾丝的一端相结合，其它的结构都不行，这样6条小腿就在碰撞中组合成功，变成一个个精巧神奇的噬菌体。
微妙的关系
然后已经被噬菌体吸干的细菌外壳就会崩溃，内部的噬菌体就会一哄而散，来到环境之中，继续感染其它细菌。这其中复制的速度就是决定噬菌体是否烈性的关键，如果复制的太快细菌就会暴发性死亡，而如果复制得比较慢就是类似寄生的关系了。


因而细菌与噬菌体的关系也非常微妙，正如同奴隶主如果不给奴隶制造一个干净的环境并给他们看病的话，奴隶死光了也就没有奴隶可剥削了（美国的南方黑奴种植园）。噬菌体在有些时候甚至还会保护细菌，比如苏联和法国曾尝试用噬菌体治疗细菌感染，但是之后科学家发现噬菌体不仅因为烈性下降而变得效果差强人意，甚至还帮细菌建立了一个保护层让其它药物无法生效。颇有一种“它只有我可以欺负，你们都离远点！”的意思……。
为什么有一个朋克的头部结构
那噬菌体为什么会有一个非常科幻风的头部呢？其实也非常好理解，首先分子是可以在自发的情况下形成几何结构的，比如冰晶的六边形，就是因为水分子两个氢之间的夹角为120度。噬菌体的头部是一个正20面体，有12个顶点、30条边和20个等边三角形组成，每个角都是60度，这与构成其分子的原子结构相适应。


采用这种结构也是在分子层面上形成封闭空间最经济合理的，不仅仅是噬菌体，有非常多的病毒也采用了这种结构，比如下图中的腺病毒。同样，构成管状结构的螺旋形结构也是分子结构特殊夹角的自然产物，这些结构虽然精妙，但并不是什么不可理解的东西，更与外星人，神创没有任何关系。


这就是我们现在所认识的生命的边界，一直生命与非生命的界线上徘徊的病毒之一：噬菌体的简要知识了，噬菌体的应用会非常广泛，生物学家们也在努力研究着它们，而且正如题目中所说的那样，噬菌体可能是纳米机器人的参照物，我们对有噬菌体的研究可能对未来有机质纳米机器人的制造有重要指导意义。

噬菌体作为病毒，外型却酷似机械，它们真的是自然产物吗？

噬菌体的外形相当规则，猛地一看确实有点像科幻作品中的纳米机器人，但是由于它们是介于生物和非生物之间、以侵染活细菌繁殖的病毒，构造简单规则是很正常的。

对于病毒来说，体积小是它们的优势也是劣势，优势是可以轻松地将遗传物质注入活细胞内，以细胞生物的细胞器繁殖自己，劣势也与此有关，那就是不能独自生存，必须依赖细胞生物。

噬菌体是自然界分布最广泛、以专门侵染细菌为生的病毒，它们的构造非常实用，也因为侵染的细菌的不同有些许差别，其形态有蝌蚪形、微球形和细杆形，以蝌蚪形多见。衣壳蛋白的构造分为有尾结构和无尾结构，无尾结构就只是一个二十面体，外表则是排列比较规则的蛋白衣壳构造，内部储存着核酸，有尾构造长着尾板等构造。

这样的构造已经使得噬菌体能够完成最基本的生命活动，它们自身没有代谢活动，而是完全地依赖于细菌，当接近细菌的时候，组成噬菌体的蛋白质能够识别细菌表面的某些点位并与之结合。

典型的有尾构造的噬菌体包括能在细菌上定位的尾板、尾刺等结构，一旦接触到细菌的生物表面，这些结构就会和细菌表面的蛋白结合，然后尾部像注射器一样伸进细菌的细胞壁细胞膜，遗传物质被注射进入细菌内部，依靠细菌的细胞器合成衣壳和遗传物质并且组装成新的噬菌体，当细菌被掏空的时候，噬菌体就会破膜而出，就近感染其它的细菌。它们小巧的体积包含了感染细菌的所有构造。

之所以构造这么像纳米机器人，主要是表面衣壳蛋白的构造，蛋白质衣壳是保存遗传物质的场所，而蛋白质衣壳由一定数目的壳粒组成，壳粒是一种形态亚单位，电镜下壳粒呈对称性排列，所以噬菌体在电镜下就呈现较为规则的形状，蛋白衣壳主要构成二十面体，而二十面体在病毒中是广泛存在的，有12个角、20个面和30条棱，能够以较小的体积塞进较多的遗传物质。

根据细胞中古老的细胞器，病毒应该是起源于细胞生物，它们的特性决定了只能在细胞生命中才能繁衍，而外形的简单保证了它们体积的小巧，能够在水体甚至空气中自由地散播，遇到合适的细菌就扎根注入遗传物质。

因为噬菌体只有长得那么机械，才能更好的工作，吞噬细菌，所以噬菌体长得那么机械。

噬菌体是一类病毒的统称，它们依靠吞噬细菌维持生命。当他们吞噬细菌，身体的形状非常像机器。这是它们长期的自然选择形成的结果。

只是形状比较像而已，噬菌体在本质上还是属于细菌的，但形状比较特殊。

噬菌体

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克拉玛依区15215346271： 看到一本关于噬菌体的书籍,我很好奇噬菌体长什么样子?问问广大网友? ？
员婵复方： 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.

克拉玛依区15215346271： 噬菌体结构有何特点? - ？
员婵复方： 噬菌体(bacteriophage, phage)是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的细菌病毒的总称.本世纪初在葡萄球菌和志贺菌中首先发现.噬菌体具有病毒的一些特性:个体微小.噬菌体基因组含有许多个基因,但所有已知的噬菌体都是细...

克拉玛依区15215346271： 人们如何利用噬菌体噬菌如命的特点? ？
员婵复方： 噬菌体是一种能“吃”细菌的细菌,凡有细菌的地方,都有它们的行踪.噬菌体是所有细 菌发酵工厂的大敌,因为它们能把培养液中的有益菌体几乎全部吃光,造成巨大的...

克拉玛依区15215346271： 噬菌体噬菌体 - ？
员婵复方： 噬菌体是DNA病毒,也就是它体内只含有DNA没有RNA,所以按照碱基互补配对原则:A=T、G=C则A+G=T+C(即A和G是嘌呤碱基、T+C是嘧啶碱基)所以如果是噬菌体,嘌呤碱基=嘧啶碱基

克拉玛依区15215346271： 有关噬菌体的详细介绍 - ？
员婵复方： 噬菌体是病毒的一种,噬菌体具有病毒特有的一些特性:个体微小;不具有完整细胞结构;只含有单一核酸殖.离开了宿主细胞,噬菌体既不能生长,也不能复制.

克拉玛依区15215346271： 科学家为什么以噬菌体为实验材料 - ？
员婵复方： 噬菌体是病毒的一种,其特别之处是专以细菌为宿主,较为人知的噬菌体是以大肠杆菌为寄主的T2噬菌体.跟别的病毒一样,噬菌体只是一团由蛋白质外壳包裹的遗传物质,大部分噬菌体还长有“尾巴”,用来将遗传物质注入宿主体内.噬菌体是一种普遍存在的生物体,而且经常都伴随着细菌.

克拉玛依区15215346271： 为什么噬菌体是病毒? - ？
员婵复方： 从结构上来讲他有病毒的主要特征-核衣壳,具体介绍如下 噬菌体 噬菌体是一类病毒,原指细菌病毒,近年来发现真菌、藻类都有噬菌体.噬菌体体积微小,只有在电子显微镜下才能看见,是一种非细胞结构的生命,但只有进入宿主细胞才具有...

克拉玛依区15215346271： 一个噬菌体粒子为什么可以形成一个噬菌斑 - ？
员婵复方： 噬菌体,也称为细菌病毒,它主要有蛋白外壳和DNA构成,他以细菌为食,当他吸附到细菌上后,就会通过尾部将DNA注入到细菌体内,以细菌体内的脱氧核苷酸为基础,合成自身的DNA,然后在自身DNA的指导下,合成蛋白外壳,然后组装,最后裂解细菌,这样,一个细菌的死亡换来了千千万万个噬菌体的新生,这千千万万个噬菌体,马上又去侵染千千万万个细菌,这样,在噬菌体周围的细菌都会被其杀死,于是,就形成了噬菌斑.

克拉玛依区15215346271： 噬菌体是谁发现的? - ？
员婵复方： 噬菌体是由D.Herelle和Twort各自独立发现的.噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的细菌病毒的总称.20世纪初在葡萄球菌和志贺菌中首先发现.噬菌体具有病毒的一些特性:个体微小.噬菌体基因组含有许多个基因,但所有...

克拉玛依区15215346271： 噬菌体是如何被发现的? - ？
员婵复方： 人类对生命界资格最老的微生物一直所知甚少.三百多年前,荷兰的列文虎克用自制的显微镜第一次看见了生长力惊人的微生物,吃了一惊.一个小小的微生物,用不了两天,就可以使子孙繁衍,聚集起来就会“六世同堂”,甚至更多.它们在...