在大草原上飞奔的猎豹往往会给人留下风驰电掣的深刻印象，这种世界上奔跑速度最快的动物时速可超过110公里，飞速奔跑的能力对于猎豹在大草原上的生存是至关重要的，同猎豹一样，在漫长的自然演化过程中，几乎所有动物都获得了相应的运动能力，这使它们能够躲避天敌、捕获猎物。

在微小生命——细菌的世界中许多成员在进化中也同动物一样获得了运动的能力，这种能力对于它们的重要性决不亚于运动对于动物的作用。虽然细菌的个头小，但它们的运动速度却相当惊人，许多细菌每秒钟前行数十微米，逗点弧菌是自然界中运动速度最快的细菌，它每秒钟可向前游动100微米，不能小看这个数字，它相当于细菌自身体长的50倍，而一个人类运动员每秒钟最快只能向前跑约5倍体长的距离，即使猎豹这个数字也只能达到25倍，从这个意义上讲，细菌算是世界上“跑”得最快的生物。

细菌世界的成员众多，这也导致了它们的运动方式和机制上的许多差异，大部分能够运动的细菌都是依靠自身的运动器官——鞭毛的作用，鞭毛是一种呈波浪形的长长的蛋白丝状物，它附着于细菌的外表，一般长为15—20微米，是体长的数倍，鞭毛非常细，直径大约只有20纳米，在光学显微镜下根本看不见，只有通过特殊的染色使之加粗或者在电子显微镜下才能看清。鞭毛的功能相当于船的螺浆，在水中可以高速旋转从而推动菌体前行，因此水体环境才是鞭毛细菌自由驰骋的天地。有趣的是鞭毛主要生长在弧形和杆状的细菌身上，而球形的细菌几乎都没有鞭毛，这大概是由于它们肥胖的体形本身就不太适合运动，大自然干脆就不再让它浪费能量去生成什么鞭毛。不同细菌的鞭毛数量和排列也有差异，有的细菌满身都是鞭毛，有的细菌只有一根或一束鞭毛。在细菌的一生中，也并不是每个年龄阶段都有鞭毛，只有那些处于壮年的细菌才有鞭毛，随着生活环境的逐渐恶化，细菌失去鞭毛成为那些老态龙钟不能游动的细菌。

  不同类型的细菌鞭毛

鞭毛的旋转速度是非常快的，每秒钟旋转两百到一千多转，比一般的电动机要快得多，鞭毛的高速旋转是由其附着于菌体上的基体旋转带动的，基体实际上就是鞭毛的基部，它由一个中轴套上两个或四个环构成，镶嵌固定在细菌的体表（细胞膜和细胞壁）中，在科学家的眼中，基体简直就是一台精巧的纳米机械—分子马达，但这个马达并不是靠电流驱动，而是用伴随着细胞膜两侧质子梯度的消失产生的生物能量（ATP）来驱动，鞭毛马达还可以转向（从反时针旋转变为顺时针旋转）从而使菌体发生翻滚进而改变细菌的运动方向，事实上细菌在游动时也并不是单纯地一直朝前游，而是伴随着不时的随机翻滚转向，但从表观上看仍表现为细菌的前行。

细菌没有眼睛，它们在游动时不是通过视觉而是通过位于体表（细胞膜）的一些蛋白成分的感受器随时感知周围环境的变化，当环境中某处有它们的营养物时，感受器会感知这种物质的浓度梯度，并通过体内的一些蛋白质迅速将指令传递给鞭毛基体，于是细菌大大减少随机翻滚频率并沿着物质浓度梯度向该物质最浓的地带进发；同样的道理，如果细菌感觉到环境中对它有伤害的物质的浓度梯度，它们会远离这种物质。细菌的这种行为在微生物学中称为趋化性，趋化性不仅由营养物质浓度梯度引起，还可以由光强梯度、氧气浓度梯度等这些一切对微生物的生活产生影响的环境因素引起。

除了通过物质浓度梯度，自然界中有一些鞭毛细菌还能通过感知地球磁场来确定运动方向，这些细菌就是有趣的趋磁细菌，它们生活在海水或淡水水体中，其共同特点就是体内都含有成串的叫作磁小体的含氧或硫的磁性铁化合物，这也是它们感知地球磁场的物质基础。有意思的是地球南半球的趋磁细菌总是往南方运动，地球北半球的趋磁细菌总是往北方运动，而在赤道附近则存在着向南北两个方向运动的趋磁细菌，其实这看似玄乎的现象原因非常简单，趋磁细菌生活的环境是不能含有过多氧气的，当它们沿着磁力线往南极或北极运动时，实际上就是远离地表的水体，向微氧或无氧的环境移动。

鞭毛运动是细菌的一种主要的运动形式，但是还有一些细菌并不是用鞭毛运动，而且也根本找不到类似的运动器官，但它们可以在固体的表面滑动，它们有的沿着自身长轴旋转前进，有的似乎只有一面接触固体表面移动，这类细菌被称为滑行细菌，不过它们滑动的速度要比用鞭毛游动的速度慢得多，大约每秒钟向前移动三微米，至于这些细菌是如何滑动的科学家们迄今也不是很清楚，但估计可能不止一种机制。细菌中的一些螺旋体（身体呈螺旋状）的运动方式也是很独特的，它们除了能在固体表面爬行或蠕动外，还能屈曲身体呈波浪形的向前运动，它们能完成这种高难度的动作，完全靠缠绕在身上的轴丝作用，轴丝的化学成分非常类似于鞭毛，不过它们是缠绕在螺旋体身上，而不是披散在身体外，不同的螺旋体轴丝数目很不一致，有些螺旋体只有两根，而有些螺旋体则高达一百根。一些湖泊中的水生光合细菌体内有几个到几百个蛋白质薄膜包裹的气囊，气囊的作用有点类似于鱼瓢，它可以通过充气或者放气调节菌体在水中的高度，使细菌能在最合适的水体深度进行光合作用。

在显微镜下观察细菌，许多没有鞭毛或者其它任何运动方式的细菌仍在漫无目的来回晃动，但这不是细菌自身有意识的运动，而是布朗运动的结果，细菌的布朗运动实际上就是水分子来回撞击细菌菌体而引起的细菌在一个固定位置被动的晃动，它是很容易同细菌自主意识控制下的运动区分开的，因为后者往往表现出一定的路线。

注：本文原刊于《知识就是力量》，博文有改动。