致命性疟疾的病原体——恶性疟原虫的每个细胞中，都含有一个充满微观铁晶体的小隔间。当寄生虫存活时，这些晶体处于持续的运动状态。它们在有限的空间内旋转、跳动、碰撞，如同机器中剧烈摇晃的零散硬币，其运动之快不可预测，以至于标准科学工具都难以追踪。然而，当寄生虫死亡时，运动即刻停止。

这些铁晶体长期以来一直是抗疟药物关注的关键焦点，但自首次观察到其异常运动以来，这一现象一直困扰着科学家。“由于这些晶体的运动如此神秘奇特，这几十年来一直是寄生虫学的一个盲点。”犹他大学生物化学副教授Paul Sigala表示。

如今，Sigala团队已揭示这一奇特行为背后的机制。这些晶体的驱动力是一种化学反应，类似于用于为火箭提供动力的反应。这一发现可能为治疗疟疾指明新策略，同时也为设计纳米级机器人系统提供思路。该研究成果发表于《美国国家科学院院刊》。

疟疾寄生虫暗中运转着微观“火箭发动机”——科学家终于开始弄清楚如何将其关闭。图片来源：Shutterstock

研究人员发现，这些由含铁化合物血红素构成的晶体，是通过过氧化氢分解为水和氧气的反应而被驱动运动的。该反应释放能量，提供维持晶体运动所需的动力。

这种推进方式在航空航天工程领域广为人知，过氧化氢被用作发射航天器的燃料，但此前尚未在生物系统中被发现。

过氧化氢在容纳晶体的那个小隔间内含量丰富，而寄生虫自身也会将其作为副产物自然产生。这使得过氧化氢成为一个潜在能量来源的有力候选。实验证实，即使在寄生虫体外，仅有过氧化氢就足以使分离出的晶体旋转。

研究人员认为，这种持续运动可能在帮助寄生虫维持生命方面发挥着关键作用。一种可能的解释涉及过氧化氢本身，它具有剧毒性。旋转的晶体可能帮助寄生虫安全地分解多余的过氧化物，从而降低有害化学反应造成损伤的风险。

据研究人员介绍，这些旋转晶体代表了生物学中首个已知的自驱动金属纳米颗粒实例。他们推测，自然界中其他地方可能也存在类似的过程。

这一发现可能有助于指导先进微观机器人的开发。“纳米工程自驱动颗粒可用于多种工业和药物递送应用，我们认为这些研究结果将带来潜在的启示。”Sigala表示。

相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2513845122