Quanta Magazine
Ο βακτηριακός μαστιγιακός κινητήρας γίνεται επιτέλους κατανοητός έπειτα από 50 χρόνια. Στη λειτουργία του, η αρθρογράφος Natalie Wolchover διακρίνει την ουσία της ζωής.
Εισαγωγή
Natalie Wolchover
Αρθρογράφος
20 Απριλίου 2026
Qualia: Δοκίμια που ακολουθούν την πορεία της περιέργειας
Είσαι η αρχαιότερη γνωστή μορφή ζωής. Αυτή τη στιγμή δεν υπάρχει τροφή τριγύρω. Θα ήταν πολύ καλό να μπορούσες να πας κάπου αλλού. Όμως είσαι ακινητοποιημένος. Πραγματικά ακινητοποιημένος. Στο μέγεθός σου (μερικά μικρόμετρα), το νερό μοιάζει με πίσσα, ή μάλλον μοιάζει με αυτό που, για έναν άνθρωπο, θα σήμαινε τελικά το να έχει βαλτώσει μέσα σε πίσσα. Τι κάνεις;
[Ένα ή περισσότερα δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα.] Έχεις βρει την τέλεια λύση.
Κυριολεκτικά τέλεια.
«Μπορεί κανείς να υποθέσει ότι το σύστημα λειτουργεί βέλτιστα», δήλωσε ο Aravinthan Samuel, βιοφυσικός στο Πανεπιστήμιο Harvard.
Η εξέλιξη δημιούργησε τον μαστιγιακό κινητήρα, έναν συνδυασμό προπέλας και «εγκεφάλου» που επιτρέπει στα μονοκύτταρα βακτήρια να κινούνται προς πηγές τροφής. Πρόκειται για έναν ηλεκτρικό κινητήρα που περιστρέφεται με αρκετές εκατοντάδες στροφές ανά δευτερόλεπτο — ταχύτερα από τον σφόνδυλο ενός αγωνιστικού κινητήρα αυτοκινήτου — ώστε να στρέφει ένα ουρόμορφο μαστίγιο, το οποίο ωθεί το κύτταρο προς τα εμπρός. Όταν ο μαστιγιακός κινητήρας περιστρέφεται αριστερόστροφα, προωθεί το κύτταρο μέσα στο νερό με ταχύτητα ίση προς δέκα ή και περισσότερα μήκη του σώματός του ανά δευτερόλεπτο. Ο κινητήρας μπορεί επίσης να περιστρέφεται δεξιόστροφα, με αποτέλεσμα το κύτταρο να περιδινείται τυχαία. Αυτή η εκπληκτική, αυτοσυναρμολογούμενη, επεξεργαζόμενη σήματα, εναλλάσσουσα κατεύθυνση μοριακή μηχανή είναι τόσο ισχυρή και ταυτόχρονα τόσο λιτή, ώστε, δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα, εξακολουθεί να χρησιμοποιείται από βακτήρια σχεδόν σε κάθε έντερο και σε κάθε λιμνάζον νερό της Γης.
Στη φιλοσοφία, ο όρος «qualia» αναφέρεται στις υποκειμενικές ποιότητες της εμπειρίας μας: στο πώς είναι για την Alice να βλέπει το μπλε ή για τον Bob να νιώθει χαρά. Τα qualia είναι «οι τρόποι με τους οποίους τα πράγματα μάς φαίνονται», όπως το έθεσε ο αείμνηστος φιλόσοφος Daniel Dennett. Σε αυτά τα δοκίμια, οι αρθρογράφοι μας ακολουθούν την περιέργειά τους και εξερευνούν σημαντικά, αν και όχι κατ’ ανάγκην απαντήσιμα, επιστημονικά ερωτήματα.
Από την ανακάλυψη του βακτηριακού μαστιγιακού κινητήρα τη δεκαετία του 1970, τόσο οι βιολόγοι όσο και οι δημιουργιστές έχουν θαυμάσει τον σχεδιασμό του όπως μεσαιωνικοί αρχιτέκτονες που ατενίζουν με δέος τον θόλο του Πανθέου, τον οποίο έχτισαν οι ρωμαίοι πρόγονοί τους. Είναι δύσκολο να συλλάβει κανείς το επίπεδο μηχανικής που μπορεί να επιτύχει ένα δισεκατομμύριο χρόνια βακτηριακής εξέλιξης, ιδίως όταν μεσολαβούν μόλις 20 λεπτά ανάμεσα στις γενεές των κυττάρων, γεγονός που επιτρέπει έναν πραγματικά αστρονομικό αριθμό μεταλλάξεων και δοκιμαστικών παραλλαγών. Οι δημιουργιστές προβάλλουν τον βακτηριακό μαστιγιακό κινητήρα ως κορυφαίο παράδειγμα ευφυούς σχεδιασμού — και ειδικότερα της έννοιας της «μη αναγώγιμης πολυπλοκότητας», δηλαδή ενός βιολογικού συστήματος τόσο περίπλοκου, ώστε, όπως υποστηρίζουν, δεν θα μπορούσε να έχει προκύψει σταδιακά, μέσω της αργής και βηματικής διαδικασίας της δαρβινικής εξέλιξης.
Κι όμως, προέκυψε ακριβώς έτσι.
Κατά τις τελευταίες δεκαετίες, οι επιστήμονες μοχθούν να αποσαφηνίσουν τον τρόπο λειτουργίας του μαστιγιακού κινητήρα — δηλαδή τον τρόπο με τον οποίο περιστρέφεται και αλλάζει φορά.
Τώρα, επιτέλους, το έχουν πετύχει. Ένα κύμα μελετών από το 2020 και εξής αποκάλυψε τις μοριακές δομές των επιμέρους τμημάτων του μαστιγιακού κινητήρα, συμπεριλαμβανομένων, κυρίως, των μικρών οδοντωτών τροχών που θέτουν σε κίνηση τον μεγαλύτερο οδοντωτό τροχό στη βάση του μαστιγίου. Τα τελευταία κομμάτια αυτού του δυναμικού παζλ μπήκαν στη θέση τους μόλις τον Μάρτιο του 2026.
Είναι δύσκολο να συλλάβει κανείς το επίπεδο μηχανικής που μπορεί να επιτύχει ένα δισεκατομμύριο χρόνια βακτηριακής εξέλιξης.
«Η αναζήτηση μιας ζωής έχει πλέον ολοκληρωθεί», δήλωσε ο Mike Manson, ομότιμος καθηγητής βιοφυσικής στο Texas A&M University, ο οποίος άρχισε να μελετά τον μαστιγιακό κινητήρα ήδη από τη δεκαετία του 1970. «Επιτέλους κατανοώ πώς πραγματικά λειτουργεί αυτό το πράγμα που μελετώ εδώ και 50 χρόνια. Αυτό είναι όσο ικανοποιητικό μπορεί να γίνει.»
Η λειτουργία του μαστιγιακού κινητήρα είναι πράγματι ευφυής. Όταν όμως άρχισα να παίρνω συνεντεύξεις από αυτούς τους επιστήμονες σχετικά με όσα έχουν κατανοήσει, δεν περίμενα ότι η εξήγηση του κινητήρα θα αποσαφήνιζε για κάποιον σαν εμένα ολόκληρη τη βιολογία, δηλαδή για κάποιον που αναζητεί μηχανιστικές, φυσικές εξηγήσεις. Έμαθα ότι η μηχανή αυτή αξιοποιεί μια κινητήρια δύναμη την οποία δεν γνώριζα ότι υπάρχει, αν και οι βιοφυσικοί τη γνωρίζουν: τη φυσική «ζωτική δύναμη» που τροφοδοτεί τις διεργασίες μέσα στα κύτταρα. Αυτή η «πρωτονιοκινητική δύναμη» δεν θέτει απλώς σε περιστροφή τα γρανάζια του μαστιγιακού κινητήρα· είναι η ενεργειακή ώθηση από την οποία εξαρτόμαστε όλοι μας.
Ο μαστιγιακός κινητήρας ανακαλύφθηκε από τον αείμνηστο Howard Berg, έναν ιδιοφυή πειραματιστή που πέρασε το μεγαλύτερο μέρος της σταδιοδρομίας του στο Harvard. Στις αρχές της δεκαετίας του 1970, ο Berg επιχείρησε να εφαρμόσει τη φυσική του κατάρτιση στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο κινούνται τα βακτήρια. Το πρόβλημα ήταν ότι, κάτω από το μικροσκόπιο, το Escherichia coli, η Salmonella και άλλα κινητικά βακτήρια σχεδόν αμέσως έβγαιναν έξω από το οπτικό πεδίο. Έτσι, ο Berg επινόησε και κατασκεύασε ένα αυτόματο μικροσκόπιο παρακολούθησης, ικανό να διατηρεί το βακτήριο εντός του πεδίου θέασης καθώς αυτό μετακινούνταν. «Αυτό που κατέγραφε ήταν όλες οι διορθώσεις που έπρεπε να γίνουν στην τράπεζα του μικροσκοπίου, ώστε να παραμένει το βακτήριο στη θέση του, και αυτό βεβαίως σου έδινε μια καταγραφή της διαδρομής που ακολουθούσε το κολυμβών βακτήριο», δήλωσε ο Manson, ο οποίος εντάχθηκε στο ερευνητικό πρόγραμμα του Berg ως μεταδιδακτορικός ερευνητής το 1975.
Τα δεδομένα αποκάλυψαν ότι τα βακτήρια «τρέχουν και ανατρέπονται» — δηλαδή εναλλάσσονται ανάμεσα στην ευθύγραμμη κολύμβηση και στη χαοτική περιδίνηση. Ο Berg διατύπωσε τη θεωρία ότι τα βακτήρια αλλάζουν κατάσταση κολύμβησης ανάλογα με τις χημικές κλίσεις που ανιχνεύουν καθώς κινούνται. Η προεπιλεγμένη συμπεριφορά τους είναι να κινούνται ευθύγραμμα. Αν η συγκέντρωση σακχάρων και άλλων θρεπτικών ουσιών αυξάνεται, το κύτταρο συνεχίζει να προχωρεί προς τα εμπρός. Αν η συγκέντρωση μειώνεται, αρχίζει να περιδινείται· έχοντας έτσι επαναπροσανατολιστεί προς μια νέα κατεύθυνση, το βακτήριο επανέρχεται στην ευθύγραμμη κολύμβηση. Η διαδικασία αυτή διατηρεί το βακτήριο στην περιοχή όπου υπάρχουν αξιοποιήσιμα μόρια, τα οποία απορροφά μέσω διαύλων στο κυτταρικό του τοίχωμα και στη μεμβράνη του.
Ο Berg υπέθεσε ότι ο μαστιγιοφόρος κινητήρας (flagellar motor) είναι ένας ρότορας που περιστρέφει το μαστίγιο όπως μια βίδα. «Το έδειξε αυτό ενώνοντας δύο κύτταρα μεταξύ τους μέσω των μαστιγίων τους και παρατηρώντας ότι περιστρέφονταν σε αντίθετες κατευθύνσεις το ένα ως προς το άλλο», δήλωσε ο Manson. «Από αυτό το εύρημα, χωρίς να διαθέτει ακόμη επαρκή γνώση του μηχανισμού, διατύπωσε την υπόθεση ότι το βακτηριακό μαστίγιο περιστρέφεται. Ήταν πολύ μπροστά από την εποχή του. Αυτό συνέβη 50 χρόνια πριν κατανοηθεί ο τρόπος λειτουργίας αυτού του κινητήρα».
Περαιτέρω πειράματα έδειξαν ότι ο μαστιγιοφόρος κινητήρας μπορεί επίσης να αλλάζει κατεύθυνση περιστροφής. Όταν τα μαστίγιά του — τα βακτήρια συνήθως διαθέτουν αρκετά που προεξέχουν από την επιφάνειά τους — περιστρέφονται όλα αριστερόστροφα, σχηματίζουν μια δεσμίδα η οποία εκτείνεται πίσω από το κολυμβών κύτταρο σαν πλεξούδα που παρασύρεται από τον άνεμο, κατευθύνοντάς το σε ευθεία πορεία. Όμως, μόλις ένας μαστιγιοφόρος κινητήρας αντιστρέψει την κατεύθυνσή του και αρχίσει να περιστρέφεται δεξιόστροφα, η δεσμίδα διαλύεται· το νήμα που στρέφεται αντίστροφα ξεπλέκει την «πλεξούδα» και θέτει τους μαστιγιοφόρους κινητήρες του κυττάρου σε αμοιβαία αντίθεση, προκαλώντας απότομες και άτακτες μετακινήσεις του κυττάρου.
Πριν από το έργο του Berg, «η ιδέα ενός μοριακού κινητήρα φαινόταν παράλογη — ήταν αδιανόητο ότι οτιδήποτε θα μπορούσε να περιστρέφεται», δήλωσε ο Samuel, πρώην φοιτητής του Berg, ο οποίος σήμερα διευθύνει δικό του εργαστήριο στο Harvard. Θα μπορούσε, βεβαίως, να ταλαντώνεται ή να λυγίζει, αλλά να περιστρέφεται; «Αυτό απαιτεί μια ορισμένη γεωμετρία, την οποία οι άνθρωποι δεν θεωρούσαν προσβάσιμη στη βιολογία».
Κι όμως, το αντίθετο ισχύει. «Η βιολογία μπορεί να κατασκευάζει τροχούς», είπε ο Samuel. «Τώρα πια το γνωρίζουμε».
Οι βελτιώσεις που σημειώθηκαν κατά τα τελευταία 15 χρόνια σε μια απεικονιστική τεχνική γνωστή ως cryo-EM (κρυοηλεκτρονική μικροσκοπία) επέτρεψαν στους ερευνητές να δουν τα επιμέρους δομικά συστατικά του μαστιγιοφόρου κινητήρα. Αυτό αποσαφήνισε τον τρόπο λειτουργίας του.
Στη βάση του κινητήρα βρίσκεται ο λεγόμενος «δακτύλιος C» (ή «κυτταροπλασματικός δακτύλιος»), ένας δακτύλιος αποτελούμενος από 34 πανομοιότυπες πρωτεΐνες, ο οποίος αιωρείται στο κυτταρόπλασμα, εντός της κυτταρικής μεμβράνης. Οι επιστήμονες κατά τις δεκαετίες του 1980 και του 1990 κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι, όταν ο δακτύλιος C περιστρέφεται, περιστρέφεται και το μαστίγιο. Ωστόσο, το γιατί και το πώς πραγματοποιείται αυτή η περιστροφή δεν ήταν προφανές.
Όπως έδειξε πρόσφατη έρευνα, οι πραγματικοί πρωταγωνιστές του μηχανισμού είναι οι λεγόμενοι «στάτορες» (stators) του κινητήρα, μικρότερα πρωτεϊνικά συμπλέγματα που αγκυρώνονται πάνω και εξωτερικά του δακτυλίου C. Ο αριθμός των στατόρων διαφέρει ανάλογα με το βακτηριακό είδος (για παράδειγμα, το E. coli διαθέτει 10 ή 12 ανά μαστίγιο), ενώ το πόσοι από αυτούς εμπλέκονται κάθε δεδομένη στιγμή με τον δακτύλιο C εξαρτάται από το βάρος του κυττάρου ή από το ιξώδες του περιβάλλοντος ρευστού.
Κάθε στάτορας αποτελείται από δύο κεντρικές πρωτεΐνες, οι οποίες κρέμονται από το κυτταρικό τοίχωμα, και από πέντε πρωτεΐνες διαφορετικού τύπου, που σχηματίζουν γύρω από το ζεύγος αυτό έναν πενταγωνικό δακτύλιο. Αυτή ακριβώς η πενταγωνική δομή είναι το τμήμα που έρχεται σε επαφή με τον δακτύλιο C.
Η γεωμετρία 5:2 των στατόρων αποκαλύφθηκε το 2020 σε δύο μελέτες cryo-EM (κρυοηλεκτρονικής μικροσκοπίας): η μία πραγματοποιήθηκε από τη Susan Lea και την ερευνητική της ομάδα στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, και η άλλη από ομάδα υπό την καθοδήγηση των Nicholas Taylor, στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης, και Marc Erhardt, στο Πανεπιστήμιο Humboldt του Βερολίνου. Το εύρημα αυτό οδήγησε στη διατύπωση μιας υπόθεσης για τον τρόπο λειτουργίας ολόκληρου του κινητήρα: οι πενταγωνικοί δακτύλιοι των στατόρων περιστρέφονται και, μέσω αυτής της κίνησης, θέτουν σε περιστροφή τον μεγαλύτερο δακτύλιο C και, μαζί με αυτόν, ολόκληρο το μαστίγιο.
Κάθε πενταγωνικός δακτύλιος στρέφεται όπως ένας περιστροφικός μηχανισμός διέλευσης, κατά το ένα δέκατο της πλήρους περιστροφής κάθε φορά. Εκείνο που διέρχεται μέσα από αυτόν τον «περιστροφικό μηχανισμό» είναι ένα ρεύμα πρωτονίων — δηλαδή των ίδιων θετικά φορτισμένων σωματιδίων που απαντούν στα άτομα. Τα πρωτόνια εισρέουν αυθόρμητα στα κύτταρα, για λόγους που θα εξηγηθούν στη συνέχεια. Αυτό ακριβώς συνιστά την πρωτονιοκινητική δύναμη (proton motive force).
Η ασύμμετρη διάταξη των δύο πρωτεϊνών στο εσωτερικό του πενταγωνικού δακτυλίου επιτρέπει σε ένα πρωτόνιο από το εξωτερικό του κυττάρου να προσδεθεί ασθενώς στη μία από αυτές. Καθώς οι πρωτεΐνες υφίστανται μικρομετατοπίσεις λόγω θερμικής κίνησης, το πρωτόνιο αποδεσμεύεται, ασκώντας κατά την αποχώρησή του ροπή στρέψης στον δακτύλιο. Έτσι δημιουργείται η δυνατότητα να επαναληφθεί η ίδια διαδικασία και με τη δεύτερη κεντρική πρωτεΐνη. Με αυτόν τον τρόπο, τα πρωτόνια ουσιαστικά «πεταλάρουν» τον κινητήριο μηχανισμό του μαστιγιοφόρου κινητήρα. Κάθε δευτερόλεπτο, περισσότερα από 2.000 πρωτόνια διέρχονται από αυτούς τους πενταγωνικούς περιστροφικούς μηχανισμούς. Τον Δεκέμβριο του 2025, ο Samuel δημοσίευσε τα αποτελέσματα ενός πειράματος που επιβεβαίωσε αυτή τη λειτουργία.
Τα πρωτόνια τείνουν πάντοτε να εισρέουν στα κύτταρα και ποτέ να εξέρχονται από αυτά. Κατά τη διέλευσή τους προς το εσωτερικό, ασκούν σταθερά δύναμη στους πενταγωνικούς δακτυλίους ώστε να περιστρέφονται δεξιόστροφα. Υπό φυσιολογικές συνθήκες, αυτή η κίνηση προκαλεί αριστερόστροφη περιστροφή του δακτυλίου C (όπως συμβαίνει με δύο αλληλεμπλεκόμενους οδοντωτούς τροχούς που περιστρέφονται αντιθέτως), γεγονός που προωθεί το κολυμβών κύτταρο προς τα εμπρός. Πώς, όμως, είναι δυνατόν ο μαστιγιοφόρος κινητήρας να αλλάζει κατεύθυνση περιστροφής; Το 2024, ένα ακόμη ζεύγος μελετών cryo-EM (κρυοηλεκτρονικής μικροσκοπίας), η μία από τη Lea, τότε με ερευνητική ομάδα των National Institutes of Health, και η άλλη από ομάδα υπό την καθοδήγηση της Tina Iverson στο Vanderbilt University, αποκάλυψε την απάντηση.
Ας υπενθυμιστεί ότι ο μαστιγιοφόρος κινητήρας αλλάζει κατεύθυνση, προκαλώντας την άτακτη περιστροφή και εκτροπή του βακτηρίου, όταν οι περιβαλλοντικές συνθήκες φαίνεται να επιδεινώνονται. Όταν λιγότερα θρεπτικά μόρια διαχέονται προς το κύτταρο, το βακτήριο υφίσταται διαδικασία κατά την οποία «φωσφορυλιώνει» πρωτεΐνες που ονομάζονται CheY, δηλαδή τις επισημαίνει με άτομα φωσφόρου. Μέσα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου, τα φωσφορυλιωμένα μόρια CheY διαχέονται στο εσωτερικό του κυττάρου, και ένα από αυτά προσδένεται σε μία από τις πρωτεΐνες του δακτυλίου C. Αυτή η μικρή μεταβολή πυροδοτεί έναν μετασχηματισμό: η συγκεκριμένη πρωτεΐνη μεταπίπτει σε διαφορετική δομική διαμόρφωση, η οποία μεταβάλλει την επόμενη πρωτεΐνη, έπειτα την επόμενη, και ούτω καθεξής. Σχεδόν ακαριαία, ολόκληρος ο δακτύλιος C αναδιαμορφώνεται, όπως ένα κλιπ μαλλιών που αναδιπλώνεται απότομα στη δεύτερη από τις δύο σταθερές μορφές του. Η ομάδα του Samuel επιβεβαίωσε ότι το σύστημα παρουσιάζει ευαισθησία ακόμη και σε ένα μόνο σηματοδοτικό μόριο, σε μελέτη που δημοσιεύθηκε τον Μάρτιο του 2026.
Όταν ο δακτύλιος C βρίσκεται σε αυτή τη μετασχηματισμένη μορφή, οι στάτορες — δηλαδή οι μικροί κινητήρες που περιστρέφονται δεξιόστροφα — δρουν πλέον πάνω στο εσωτερικό άκρο του δακτυλίου C και όχι στο εξωτερικό του. Ως αποτέλεσμα, και ο ίδιος ο δακτύλιος C περιστρέφεται τώρα δεξιόστροφα. Η δεσμίδα των μαστιγίων διαλύεται και το κύτταρο εκτελεί ακανόνιστη κίνηση αναπροσανατολισμού.
Σύντομα, το ασταθές άτομο φωσφόρου αποσπάται από την πρωτεΐνη CheY, γεγονός που επιτρέπει στις πρωτεΐνες του δακτυλίου C να επανέλθουν στην αρχική σταθερή τους διαμόρφωση και να επαναφέρουν την αριστερόστροφη περιστροφή. Έτσι, το βακτήριο επιστρέφει στην πρόσθια κίνηση, αλλά πλέον προς μια νέα κατεύθυνση, αναζητώντας περισσότερη τροφή.
«Πρόκειται για έναν πραγματικά κομψό τρόπο μετατροπής μιας μονοκατευθυντικής πηγής ισχύος σε αμφικατευθυντική περιστροφή ενός μεγάλου αντικειμένου», δήλωσε η Lea, η οποία σήμερα εργάζεται στο St. Jude Children’s Research Hospital.
Η πρωτονιοκινητική δύναμη (proton motive force), η οποία κινεί τον μαστιγιοφόρο κινητήρα, προτάθηκε το 1961 από τον Peter Mitchell, έναν βιοχημικό που εργαζόταν στο ιδιωτικό του εργαστήριο, σε ένα εξοχικό κτήμα στην Κορνουάλλη της Αγγλίας. Αν και αρχικά η ιδέα του απορρίφθηκε και μάλιστα χλευάστηκε, ο Mitchell έλαβε τελικά το Βραβείο Νόμπελ Χημείας το 1978 για τη θεωρία του ότι ένα ρεύμα πρωτονίων εισρέει συνεχώς στο κύτταρο, ενώ το ίδιο το κύτταρο τα αντλεί ενεργά προς τα έξω, και ότι αυτή ακριβώς η διαδικασία αποτελεί την κινητήρια δύναμη θεμελιωδών κυτταρικών λειτουργιών.
Τα πρωτόνια εισρέουν στο κύτταρο επειδή διαχέονται από μια περιοχή υψηλής συγκέντρωσης — το εξωτερικό του κυττάρου — προς μια περιοχή χαμηλής συγκέντρωσης — το εσωτερικό του. Σε κάθε χρονική στιγμή, στο εσωτερικό ενός βακτηρίου υπάρχουν λιγότερα από 100 ελεύθερα πρωτόνια, ενώ σε αντίστοιχο όγκο του περιβάλλοντος ύδατος υπάρχουν δεκάδες χιλιάδες. Το κύτταρο διατηρεί αυτή την κατάσταση μέσω μηχανισμών που ονομάζονται αλυσίδες μεταφοράς ηλεκτρονίων (electron transport chains), οι οποίες αντλούν προς τα έξω χιλιάδες πρωτόνια ανά δευτερόλεπτο. Καθώς τα πρωτόνια εξωθούνται εκτός του κυττάρου, χιλιάδες ακόμη εισρέουν, ελκόμενα τόσο από το καθαρό αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο όσο και από τη γενική τάση αύξησης της εντροπίας, καθώς τα σωματίδια — στην προκειμένη περίπτωση τα πρωτόνια — τείνουν να κατανέμονται ολοένα και ομοιότερα στον χώρο. Τα κύτταρα έχουν αναπτύξει ποικίλα μοριακά μηχανήματα που, όπως οι νερόμυλοι σε ποτάμια, αξιοποιούν τα ρεύματα πρωτονίων που εισέρχονται στο κύτταρο.
«Αυτό υπερβαίνει τη συνηθισμένη ανθρώπινη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο λειτουργούν τα πράγματα», δήλωσε ο Manson. «Πώς είναι δυνατόν να εισέρχονται στο κύτταρο χιλιάδες και χιλιάδες πρωτόνια κάθε δευτερόλεπτο και παρ’ όλα αυτά στο εσωτερικό του να υπάρχουν μόνο λίγες δεκάδες; Επειδή προσδένονται κάπου και στη συνέχεια αντλούνται πάλι προς τα έξω. Οι ισορροπίες αυτές είναι απίστευτα ταχείες».
Επομένως, εκείνο που θέτει το κύτταρο σε λειτουργία, εκείνο που εμφυσά ζωή στις ατομικές διατάξεις, είναι η αποτελεσματική απομάκρυνση των πρωτονίων, ώστε να συνεχίζεται η εισροή νέων πρωτονίων. «Αν άνοιγες έναν δίαυλο για τα πρωτόνια, θα ξεχύνονταν αμέσως μέσα στο κύτταρο και η πρωτονιοκινητική δύναμη θα εξαφανιζόταν ακαριαία», είπε ο Manson. Όπως ανέφερε, το έχει δει να συμβαίνει όταν τα κύτταρα λιμοκτονούν και δεν μπορούν να αντλήσουν προς τα έξω επαρκή αριθμό πρωτονίων. Τότε, η διαφορά δυναμικού μηδενίζεται και ο μηχανισμός του κυττάρου παύει να λειτουργεί. Αν είσαι βακτήριο, ο μαστιγιοφόρος κινητήρας σου σταματά. Παραμένεις ακινητοποιημένος.
Σπάνια έχω αγαπήσει περισσότερο τη βιολογία απ’ όσο όταν θαύμαζα τον μαστιγιοφόρο κινητήρα και την εισροή των πρωτονίων που θέτει σε κίνηση τα «γρανάζια» του. «Η εντροπική ενέργεια της πρωτονιοκινητικής δύναμης μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια της περιστροφής», δήλωσε ο Manson. «Αυτό είναι όλο. Όλα ανάγονται ακριβώς σε αυτό. Αν το κατανοήσει κανείς, ουσιαστικά κατανοεί τα θεμέλια όλων όσων συμβαίνουν στη βιολογία».
