本文涵盖了
鞭毛和纤毛是什么?-快速概述
鞭毛(单数:鞭毛),纤毛(单数:纤毛)是大多数微生物和动物细胞中允许运动的两种细胞结构，但在高级植物细胞中不允许运动。鞭毛和纤毛看起来都像生长在细胞表面的跳动的毛发状附属物。通常，鞭毛比纤毛长得多。然而，一个细胞可能有数千条纤毛，但只有一两根鞭毛。
[在这个视频中]微生物移动方法:拟虫以鞭毛移动，变形虫以伪足移动，草履虫以纤毛移动。
在单细胞微生物中，纤毛和鞭毛是运动的基本单位。例如，纤毛覆盖草履虫它的皮肤通过摆动这些细小的毛发来帮助它游泳。鞭毛:一种动物头上长而鞭状的鞭毛眼虫能让细胞像螺旋桨一样移动。
[在这张图中]草履虫和顺藻的细胞结构包括纤毛和鞭毛。
请注意，Euglena的运动方向由其鞭毛的位置引导。另一方面，精子的鞭毛就像尾巴一样，推动细胞像潜艇一样前进。
在多细胞生物中，纤毛和鞭毛也起着重要作用。例如，我们的呼吸道有许多纤毛，可以防止吸入的灰尘、烟雾和潜在的有害微生物进入肺部。雄性生殖细胞，精子，用它们尾巴一样的鞭毛向卵子移动。
[在图中]允许动物细胞运动的细胞结构:鞭毛(精子的尾部)和纤毛(气道细胞表面的波浪状毛发)。
[在这张图中]纤毛上皮细胞的扫描电镜(SEM)。
图片来源:Steve Gschmeissner/开云体育全站app下载安装科学图片库
第1部分。鞭毛
鞭毛(复数:鞭毛)是一种从细胞体突出的长鞭状结构。通常，一个细胞有一个或几个(少于5-10)鞭毛。鞭毛的主要功能是细胞运动。但是一些特殊的鞭毛可以作为感觉细胞器(就像昆虫的触角)，对细胞外的化学物质和温度很敏感。
谁有鞭毛?
有鞭毛的细胞叫做鞭毛虫”。鞭毛可以在生命的三个领域——细菌、古生菌和真核生物中找到。这三种鞭毛都可以用于游泳，但它们在结构、蛋白质组成和推进机制上有很大差异。
鞭毛虫的例子:
1.幽门螺杆菌是一种引起溃疡的细菌。幽门螺杆菌有多条鞭毛推动自己穿过粘液层到达胃。
[在这张图中]的一个细胞上有几根鞭毛幽门螺杆菌(左)和幽门螺杆菌猫属(右)。
图片来源:电子显微照片由新南威尔士大学生物技术与生物分子科学学院露西·汤普森提供开云体育全站app下载安装
[在这张图中]根据细菌鞭毛的数量和位置，它们可以被分类为如下图所示。
2.古生菌的鞭毛有一个特殊的名字，archaellum，以强调它们与细菌鞭毛的区别。
[在这张图中]古细菌的电子显微照片(左:m . maripaludis和正确的:acidocaldarius)显示大量古菌。
图片来源:贾雷尔KF。等。生活, 2013年
3.精子细胞是真核鞭毛细胞的一个例子。它用鞭毛推动自己通过雌性的生殖道。
[在这张图中]相衬显微镜下具有长尾状鞭毛的野猪精细胞。
图片来源:图像中物体的计算建模，2006
鞭毛的结构及其工作原理
细菌和古细菌鞭毛
细菌鞭毛螺旋丝每个底座上都有一个旋转电机，可以顺时针或逆时针转动。在电机和细丝之间有一个叫做“钩”的部分，它起着柔性接头的作用，将电机的旋转力传递给鞭毛。细菌运动可分为两种:
- 跑——由鞭毛逆时针旋转而产生
- 翻滚——由鞭毛顺时针旋转产生
[在这张图中]鞭毛细菌鞭毛的详细结构
细菌鞭毛是细胞体上细长的突出物。当细菌游动时，它就像螺旋桨一样旋转。
图片来源:维基
[在这张图中]这个钩子就像一个动态关节，从细胞内部传递扭矩来旋转外尾巴，让细菌移动。
图片来源:柴田聪博士
[在这张图片中]细菌鞭毛是最精细的生物微型机器之一。
图中显示的例子是两种细菌的鞭毛基复合体沙门氏菌血清而且弧菌防治等．科学家们使用先进的冷冻电子断层扫描(Cryo-ET)来观察这些神奇的微型机器是如何工作的。
图片来源:Echazarreta m.a, Klose K.E，前面。细胞。感染。Microbiol。, 2019年
[在这个视频中]看细菌在显微镜下移动。
古细菌鞭毛(archaella)与细菌鞭毛相似，也有旋转马达的作用。然而，形成古细菌鞭毛的蛋白质不同于细菌鞭毛。
注意:细菌的细胞上有另一种长毛，叫做菌毛(单数:毛)。菌毛是由蛋白质组成的从细胞壁突出的细而硬的纤维。菌毛可以帮助细菌附着在特定的表面或其他细胞上。有些细菌可以通过特殊的菌毛将DNA从一个细菌细胞转移到另一个细胞。然而，毛毛、纤毛和鞭毛是不同的结构。
真核鞭毛
真核细胞(动物、植物和原生细胞)的鞭毛以一种非常不同的方式生长。一个主要的区别是原核生物(细菌和古细菌)的鞭毛在一个旋转而真核鞭毛则在运动弯曲动作(前后鞭笞)。
[在这张图中]原核(螺旋状)鞭毛和真核(鞭状)鞭毛有本质上的不同。你可以看到细菌鞭毛(A)的旋转马达，其基底宽度约为45nm。(B)细菌，美国沙门氏菌感染它的游动带有极束鞭毛。相反，(C)真核鞭毛由微管束(横截面直径~200 nm)提供动力。真核鞭毛的一个例子是游动的精子细胞(D)。
图片来源:施瓦茨等人，应用物理评论, 2017年
在结构上，真核生物的鞭毛和纤毛是不可区分的。两者都有一个中心的纤维蛋白束，称为基因丝．每个轴突包含9对微管(双峰)形成一个环的外面和两个中央微管，称为“9+2”。微管是由交联蛋白连接在一起的。
在鞭毛/纤毛中，有一种运动蛋白，叫做动力蛋白，位于每一对微管纤维上。动力蛋白利用ATP作为能量沿着微管爬行。当动力蛋白在一侧向上移动而在另一侧向下移动时，鞭毛/纤毛弯曲。反复的弯曲-放松循环使得鞭毛/纤毛像桨一样，来回拍打来创造运动。
通常鞭毛要长得多。一个细胞可能只有一个或两个鞭毛在其头部或尾部区域。另一方面，纤毛的长度较短，但数量较多，通常覆盖细胞表面的重要区域。
[在图中]真核生物鞭毛和纤毛的组织。
每个鞭毛/纤毛包含9对微管，形成一个环的外部和两个中央微管。这种结构被称为轴突。微管是由交联蛋白连接在一起的。每一对微管纤维上都有一种名为动力蛋白的马达蛋白。
图片来源:修改自维基上的LadyofHats．
案例研究- Euglena
Euglena(希腊语:eu = true, glene = eye-ball)是单细胞真核生物属，常见于淡水池塘和沟渠中。尤格莱娜有一些植物和动物的特征。例如，绿藻含有叶绿体;因此，它们可以自己制造食物，这是植物的一个特征。相比之下，盲藻也可以利用鞭毛移动，并通过吞噬作用来消耗食物，这是动物的特征。Euglena也没有细胞壁。
[在这张图中]海藻解剖结构和它的细胞器，包括两条鞭毛。
两个鞭毛中的一个很长，在光学显微镜下可以看到，但另一个很短，没有从细胞中突出来。鞭毛的功能是帮助海藻游动。了解更多有关这是绿藻的结构．
案例研究——Volvox
团藻是绿藻的一个属。团藻是自由漂浮的单细胞藻类，但通常以500-50,000个细胞的球形集落(或球)聚集在一起。它们可以生活在各种淡水栖息地，包括池塘、水池和沟渠。在显微镜下，团藻看起来像绿色的弹珠，缓慢旋转，使它们成为最可爱的微生物之一。
这些位于球体表面的团藻细胞有两根鞭毛。这些鞭毛面向周围的水，拍打着推动整个群落在水中游动。这就是团藻运动起来像滚动的球的原因。
[在这张图中]团藻是由许多单细胞绿藻组成的群集。每个位于表面的细胞有两个鞭毛。了解更多团藻．
案例研究——精子细胞
人类唯一具有鞭毛的细胞是雄性配子，也就是精子细胞。精细胞(也叫精子)是动物的雄性生殖细胞，细胞核内有一组单倍体染色体。开云体育电脑官网精子包括头、颈、中间部分和尾巴。其核位于头部。精子细胞的其余部分基本上是一个强大的鞭毛推进器。
[在这张图中]精细胞的结构
除头部外，精细胞是为其鞭毛而生的。精细胞的颈部有一个中心粒，它是微管束的根。这些微管束组装成轴突并拉长成一条长尾巴。尾部有护套覆盖轴丝作为保护。在中间部分，轴丝被许多线粒体包围，这些线粒体为鞭毛运动提供能量。
图片来源:BYJU的
案例研究-鞭毛生命周期阶段
许多生物成熟时没有鞭毛。然而，它们在生命周期的特定阶段发育出专门的鞭毛形式。例如，精子是动物的雄性生殖细胞，这些鞭毛生命周期的许多阶段都与生殖有关。例如，大多数绿色/棕色藻类、一些真菌、低等植物(地苔、角苔和苔藓)、苏铁和银杏的游动孢子(活动孢子使用鞭毛移动)和雄性配子(雄性生殖细胞)。
第2部分。纤毛
纤毛(复数:纤毛)是一种只存在于真核细胞上的结构。它的形状是细长的突起，从细胞体中伸出来。细菌上有相似的结构(即毛毛和菌毛)，但它们不是纤毛。
许多微生物都有纤毛。例子包括草履虫，声音洪亮的人，钟形虫， Lacrymaria, Coleps,Dileptus．它们被归类为一组被称为“纤毛虫”的共同特征。
[在这个视频中]显微镜下几种常见纤毛虫的视频集合。
较大的真核生物，如动物，也有纤毛。纤毛通常大量出现在细胞表面，并以协调的波状跳动。在人类中，纤毛是在呼吸道的上皮细胞上发现的。这些纤毛不断移动，清理肺部的粘液和污垢。
纤毛的结构及其工作原理
纤毛看起来像生长在细胞表面的许多细小毛发。它们的根是细胞骨架状结构，称为位于细胞膜下的基底。微管束从基部延伸，形成纤毛的轴核。正如我们上面提到的，真核生物的纤毛和鞭毛都由微管束的“9+2”排列组成。这种运动是由微管束通过动力蛋白弯曲而产生的。
[在图中]科学家们使用先进的显微镜来回答草履虫纤毛的问题。
左图:扫描电子显微镜向我们展示了纤毛的形态(图片来源:Judith L. Van Houten)。中间:透射电子显微镜为我们提供了纤毛的详细横切面图像(来源:理查德·艾伦)。右图:荧光显微镜显示纤毛如何固定在细胞表面。
微管是细胞内具有多种功能的蛋白质纤维。微管还可以作为分子和细胞器运输的细胞间高速公路。在细胞分裂过程中，从两个中心体投射出来的微管纤维将染色体分开形成新的细胞核。开云体育电脑官网
两种纤毛
纤毛主要有两种类型:活动纤毛和非活动纤毛。能动的纤毛通过消耗能量来创造持续的运动-单细胞(即草履虫)的流动性或细胞外液体的运输(即气道上皮)。
Non-motile纤毛也被称为初级纤毛作为感觉细胞器。许多细胞每个细胞至少有一个初生纤毛。例如，我们鼻子里的嗅觉神经元拥有几根非活动的纤毛，它们的功能就像细胞天线一样，可以感知气味分子。
[在这张图中]嗅觉神经元上的初级纤毛图示。
嗅觉上皮含有具有多个非运动纤毛延伸的嗅觉神经元(嗅觉纤毛)。当气味分子通过时，纤毛会捕获它们。关于气味分子的信息然后从气味感受器传递到大脑中的嗅球。
图片来源:伯巴里新名词，等人，当代生物学, 2009年
案例研究——草履虫
草履虫(pair-ah-me-see-um;草履虫(Paramecia)是一种单细胞(单细胞)生物，形状类似于拖鞋。草履虫自然存在于水生栖息地。你需要用显微镜才能看到草履虫，因为它们的长度只有50到300微米。
草履虫的皮肤上覆盖着许多细小的纤毛，就像我们身上的细毛一样。一个草履虫细胞可以有5000 - 6000根纤毛。每根纤毛都非常微小，直径约为0.25 μm，长度可达20 μm。草履虫纤毛可分为口腔纤毛和体纤毛两种类型。口腔沟表面有口腔纤毛。他们帮助收集食物材料。体毛长在体表，便于运动。它们就像微小的桨一样，将生物体朝一个方向移动。
体纤毛纵向排列(沿头尾轴)，在整个细胞中长度相当均匀。细胞的后端也有一些较长的纤毛(在图中相当明显)p . caudatum)．这些形成尾状毛簇(因此称为尾状毛)。
[在图中]草履虫细胞上不同类型的纤毛——口纤毛、体纤毛和尾簇毛。
如果草履虫的纤毛只是以同样的方式来回摆动，细胞就无法移动。向前和向后的冲程必须处于不同的阶段，以产生有意义的推进力。
[在这个视频中]高速摄像机在显微镜下记录草履虫纤毛的运动。
为了回答这个问题，科学家们使用带有高速摄像机的显微镜来捕捉纤毛如何推动草履虫的整个身体。通过逐帧分析高速视频，科学家们发现草履虫的游泳方式与我们在前爬泳时的游泳方式相似。
[在图中]草履虫纤毛的笔画图案。
纤毛的运动可分为有效(向前)和恢复(向后)冲程。两种划水交替重复，以推动草履虫的身体，我们游在前爬式。
了解更多关于草履虫纤毛如何做波浪下面
案例研究-支架
Stentor(也被称为“小号微生物”)是纤毛虫的一个属。它们有一个角状的身体，纤毛均匀地覆盖了大部分表面积。某些种类的Stentors是地球上已知最大的单细胞生物之一，它们可以长到2毫米(0.08英寸)长。
斯坦托琴最引人注目的部分是环绕喇叭“钟”的纤毛“冠”。这些纤毛可以以协调的方式来回摆动，形成电流或漩涡，将食物拉得更近。邻近口口处，几根纤毛融合形成“超级纤毛”或膜。这些巨大的纤毛形成了一个螺旋形，通向支架鱼的嘴。每隔一段时间，支架就会闭合纤毛冠并收缩，把食物带到身体里。
[在这个视频中]在显微镜下，你可以看到这些较长的纤毛形成了斯坦托氏小号的“皇冠”。也有许多较短的纤毛覆盖整个斯坦特的身体自由游泳。
案例研究-呼吸道上皮细胞
呼吸道上皮(或气道上皮)是一种纤毛柱状上皮，主要分布于呼吸道内。它的作用是滋润和保护呼吸道。
每个纤毛上皮细胞有大约200个纤毛，以每秒10到20次的速度不断跳动。它们跳动的方向将微生物和碎片从气道中清除出去。
[在这张图中]呼吸道上皮通过粘液层和纤毛推进清除保护我们的肺。
图片来源:维基
第3部分。鞭毛和纤毛有什么区别?
这个表总结了鞭毛和纤毛的主要区别。
| 字符 | 鞭毛 | 纤毛 |
| 定义 | 鞭毛是活细胞表面长而线状的细胞结构。 | 纤毛是短的，从活细胞表面延伸出来的毛发状细胞结构。 |
| 存在 | 在原核和真核细胞中都有鞭毛。 | 只在真核细胞中发现。 |
| 长度 | 长;长度可达150µm。 | 短;长度为5-10微米。 |
| 位置 | 通常位于细胞的两端或其中一端。 | 存在于细胞表面的。 |
| 密度 | 每个细胞很少(少于10个)。 | 每个细胞有很多(数百到数千个)。 |
| 运动 | 原核生物的旋转运动和真核生物的弯曲运动;两者都产生类似螺旋桨的运动。 | 通过前后拍打快速摆动的动作。 |
| 打 | 鞭毛互相独立地跳动。 | 纤毛协调或一个接一个地跳动。 |
| 功能 | 主要是在运动方面。 | 运动、运输、喂食、感应、循环等。 |
| 结构 | 原核生物:螺旋纤维蛋白与旋转马达基。真核生物:基底，微管束(9+2)，运动蛋白。 | 与鞭毛相同:基部，微管束(9+2)，运动蛋白。 |
| 例子 | 鞭毛细菌之类的幽门螺杆菌，沙门氏菌；一些古菌。绿藻，鞭毛藻，绿藻雄性配子，精子细胞 | 原生纤毛虫(草履虫、支架虫等)人气道呼吸上皮 |
总结
1.鞭毛和纤毛是两种帮助细胞移动的细胞器。
2.鞭毛是长而线状的细胞结构，在原核和真核细胞中都可以找到。然而，它们的结构和蛋白质组成是不同的。
3.纤毛是从真核细胞表面延伸出来的短而毛状的细胞结构。
4.真核生物的鞭毛和纤毛在结构上是相同的。它们都以微管束为核心。
