Скорость, с которой передвигаются многие организмы, поражает воображение. И это касается не только птиц или насекомых, но и бактерий. То, что они, используя жгутики, плавают со средней скоростью около 25 мкм/с, ученым известно давно. Но среди них есть виды, которые могут развивать спринтерскую скорость – 100 и больше мкм/с. А это значит, что за столь незначительный отрезок времени бактерия перемещается на расстояние, которое в 10 и более раз превышает ее собственную длину. Если представить это в более понятных для человека масштабах, то при таком соотношении расстояния и скорости пловец проплыл бы 100 м приблизительно за 5 с.

Наблюдения под электронным микроскопом, а также микросъемка показали, что во время движения жгутик бактерии вращается вокруг оси. Причем скорость этого вращения поражает воображение: от 100 до 1000 оборотов в секунду. Для вращения жгутика у бактерий есть специальное устройство, которое ученые назвали «протонным мотором». Суть его работы заключается в следующем: во время дыхания из бактериальной клетки во внешнюю среду откачиваются ионы водорода (Н) или ионы натрия (Na). Но когда ионы Н⁺ или Na⁺ возвращаются в клетку, их обратный поток и обеспечивает вращение жгутика.

Впоследствии было установлено, что некоторые морские бактерии для вращения жгутика, вместо «протонного мотора», используют «натриевый», в котором энергия образуется за счет разности электрохимических потенциалов ионов натрия.

Более того, у морской бактерии вибрио альгинолитикус, в зависимости от внешних условий, образуются два типа жгутиков. Если этот микроорганизм живет в морской воде, то у него присутствует только один большой жгутик, который приводится в движение «натриевым мотором». Если же бактерия оказывается в другой среде, то на ее тельце появляется множество мелких жгутиков, которые вращаются с помощью «протонных моторов».

Движение позволяет микроорганизмам выбирать оптимальные условия существования, для чего бактерии располагают множеством датчиков, регистрирующих параметры внешней и внутренней среды: температуру, освещенность, кислотность и т. д.

Датчики – это особые белки-рецепторы, которые обычно располагаются на внутренней мембране. Они регулируют характер вращения жгутика, подавая два вида сигналов, одни из которых вызывают переключение, другие – запрещают его. Если бактерия плывет в нужном направлении (например, в сторону увеличения концентрации глюкозы), то рецептор глюкозы связывает этот сахар и посылает сигнал, запрещающий изменение направления движения. Если же концентрация глюкозы падает, то рецептор посылает противоположный сигнал. Бактерия меняет направление движения в ту сторону, где концентрация глюкозы более высокая, и оказывается в благоприятных условиях.