麥克斯韋妖是19世紀(jì)由蘇格蘭物理學(xué)家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋提出的一個思想實驗，用來探討熱力學(xué)第二定律的有效性。熱力學(xué)第二定律簡單地說就是熵增原理，也就是說，一個孤立系統(tǒng)的無序程度總是趨向于增加。這個定律告訴我們，自然界中的過程都是不可逆的，比如熱量總是從高溫物體流向低溫物體，而不會反過來。這個定律也告訴我們，我們不能制造一個永動機，一個能夠不停地做功而不消耗能量的機器。

那么，麥克斯韋妖又是什么呢？它是一個假想的智能生物，它能夠觀察和控制一個裝有氣體分子的容器中的一個小孔。這個小孔可以被打開或關(guān)閉，讓氣體分子通過或阻止。麥克斯韋妖的目的是利用這個小孔來使容器中的氣體分子分成兩部分，一部分是快速運動的熱分子，另一部分是慢速運動的冷分子。麥克斯韋妖似乎違反了熱力學(xué)第二定律，因為它使得孤立系統(tǒng)的熵減少了。

當(dāng)然，我們知道這是不可能的，因為麥克斯韋妖自己也是系統(tǒng)的一部分，它需要消耗能量和信息來觀察和控制小孔。如果我們把麥克斯韋妖和容器一起考慮，那么系統(tǒng)的總熵還是會增加，熱力學(xué)第二定律還是成立的。但是，這個思想實驗引發(fā)了很多有趣的討論和研究，關(guān)于信息、計算和熱力學(xué)之間的關(guān)系。有些人甚至認(rèn)為，生命本身就是一種麥克斯韋妖，因為它能夠利用能量和信息來維持低熵的有序狀態(tài)。

今天我要跟大家介紹一種生物分子，它們可以被認(rèn)為是一種分子級別的麥克斯韋妖。它們叫做ABC轉(zhuǎn)運蛋白（ATP-binding cassette transporters），它們在細(xì)胞中起著非常重要的作用，比如吸收營養(yǎng)物質(zhì)或排出代謝廢物。

它們可以利用ATP（三磷酸腺苷）的水解來驅(qū)動物質(zhì)的跨膜運輸：它們在細(xì)胞膜上形成一個通道，可以讓特定的物質(zhì)通過或阻止。它們可以根據(jù)物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)外的濃度差來選擇性地打開或關(guān)閉通道，從而維持一個穩(wěn)定的細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境的平衡。這些轉(zhuǎn)運蛋白就像是細(xì)胞膜上的一個個小門，它們可以根據(jù)需要來開或關(guān)，讓一些物質(zhì)進(jìn)入或出去，而不讓其他物質(zhì)通過。

那么，這些轉(zhuǎn)運蛋白是怎么做到的呢？它們是怎么利用ATP的水解來驅(qū)動物質(zhì)的跨膜運輸?shù)哪兀克鼈兪窃趺粗朗裁磿r候該開門，什么時候該關(guān)門的呢？它們是怎么區(qū)分不同的物質(zhì)的呢？這些問題都很有意思，也很難回答。因為這些轉(zhuǎn)運蛋白是非常復(fù)雜的分子，它們有著精巧的結(jié)構(gòu)和動態(tài)的變化。

它們不是簡單地按照一個固定的規(guī)則來工作的，而是根據(jù)它們所處的環(huán)境和狀態(tài)來調(diào)整自己的行為。它們不是簡單地把物質(zhì)從一邊推到另一邊的，而是根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)和濃度來選擇性地打開或關(guān)閉通道。它們不是簡單地消耗ATP來提供能量的，而是根據(jù)ATP的結(jié)合和水解來改變自己的形狀和親疏水性。這些轉(zhuǎn)運蛋白就像是一種分子級別的麥克斯韋妖，它們能夠利用能量和信息來使系統(tǒng)遠(yuǎn)離熱力學(xué)平衡。