明朝的《天工开物》记载了我国古代的许多简单机械。它们组合了诸多齿轮、轮轴，协助完成简单的农务。像这幅图中的水车，水力驱动的大轮，借助一个轮轴，驱动后面的齿轮，完成提水的工作。类似于这种明代水车的机械，最早出现在什么时候呢？说来可能难以置信，几亿年前类似的机械就已经出现了，而且至今仍然存在于几乎每一个细胞。我们的细胞里有许多被称为线粒体（对，就是《寄生前夜》里面的那个线粒体）的微小结构。
它为我们的细胞合成一种储存了化学能的分子，ATP。我们细胞的诸多生命活动，都需要ATP提供能量。在线粒体，大部分的 ATP 是通过 ATP 合成酶合成的。这个蛋白质复合体组成的分子机器，恰好与明代水车的结构十分相似。线粒体内膜上有大量的 ATP 合成酶，这个蛋白质机器包含了 F1和 F0两个部分，F0镶嵌在膜上，F1则紧贴着F0。
F0的结构如同一个齿轮，而氢离子类似于水；当氢离子从膜的一侧流向另一侧的时候，氢离子驱动F0的“齿轮”结构转动，进而通过中间的转轴驱动上面的 F1部分转动。F1部分在转动时，蛋白质不同部分间的相互作用会发生改变，从而导致 ATP 化学键的形成。ATP 的化学键中存储了大量能量，那么这些能量是从哪里来的呢？
线粒体中不断进行众多的代谢，这些化学反应源源不断地向线粒体的内外膜之间输送氢离子，最终使得线粒体内膜两侧积累了巨大的氢离子浓度差异。浓度的差异是一种势能，被称为化学势能。由于氢离子带正电，氢离子在内膜的外侧积累的同时，也使得正电荷在线粒体内膜的外侧积累。积累的电荷中储存了电势能。ATP 合成酶，正是被化学势能与电势能（合称电化学势能）驱动而转动的。
在这个过程中，跨越线粒体内膜两侧的电化学势能，转化为 ATP 合成酶分子的动能，又进一步转化成了 ATP 分子中的化学能储存了起来。《天宫开物》里面的水车由流水驱动，高处的水的势能转化为了水和水车动能；水车进一步带动后面的齿轮提水，把动能又转化为了势能。这一系列能量的转化，与 ATP 合成酶中的过程异曲同工。不同能量形式，通过做功的方式相互转化，而总量又保持守恒。
值得一提的是，电化学势能经过 ATP 合成酶转化为 ATP 中的化学能，是彼得·米切尔在20世纪60年代提出的『化学渗透』假说的一部分。在那个年代，人们对于细胞膜的性质还了解不多，对于蛋白质的结构的认识才刚刚起步。这个假说远远超前了那个时代，却在时间的检验中得到不断得到了证实。