中国科学院中国科学技术大学袁俊华、张荣静课题组在《物理评论快报》上发表了一篇论文,提出了一种新的非平衡机制来调节电机开关的变构。基于对细菌鞭毛电机失速切换动力学的精确测量。这一机制也暗示了由其他分子马达调节的非平衡机制。

鞭毛驱动的细菌游动是细菌典型的运动机制,是细菌生存和宿主感染的关键。一方面,鞭毛马达产生扭矩,驱动鞭毛丝旋转,使细菌游动。另一方面,电机开关鞭毛的旋转方向(逆时针或顺时针),以调整奔跑和翻滚的游泳模式。

鞭毛电机的动态特性受外部负载的影响很大,在以往的研究中,对电机在低到高负载下的切换进行了研究。然而,由于技术上的限制,鞭毛电机在极高负载甚至失速状态下的开关动力学尚未得到研究。

本文利用光镊对鞭毛电机进行失速,利用光镊的高时空分辨率研究电机失速时的开关动力学,实现了准确的测量。

通过进一步比较以往其他负载下的动态特性结果,研究人员提出了一种新的机制,即电机顺时针和逆时针旋转时的非对称转矩为电机切换提供非平衡能量输入。这种新型非平衡机构能够均匀地解释电机在各种负载下的动态特性。

这一发现为其他变构调节的非平衡热力学机制提供了新的见解,也解释了两种旋转条件下扭矩不对称的重要生理意义。