De ontwikkeling van de microbiologie heeft de afgelopen decennia veel ontdekkingen opgeleverd. En een daarvan is de eigenaardigheid van de beweging van flagellated bacteriën. Het ontwerp van de motoren van deze oude organismen bleek zeer complex te zijn en verschilt, volgens het principe van hun werk, sterk van de flagella van onze naaste eukaryote verwanten van de protozoa. De motor van de flagellaatbacterie is de grootste controverse geweest tussen creationisten en evolutionisten. Over bacteriën, hun flagellaire motoren en nog veel meer - dit artikel.
Algemene biologie
Laten we om te beginnen onthouden wat voor soort organismen ze zijn en welke plaats ze innemen in het systeem van de organische wereld op onze planeet. Het Bacteria-domein verenigt een groot aantal eencellige prokaryotische (zonder gevormde kern) organismen.
Deze levende cellen verschenen bijna 4 miljard jaar geleden op het toneel van het leven en waren de eerste kolonisten van de planeet. Zij zijnkan verschillende vormen hebben (kokken, staafjes, vibrios, spirocheten), maar de meeste zijn flagella.
Waar leven bacteriën? Overal. Er zijn meer dan 5×1030 op de planeet. Er zijn ongeveer 40 miljoen van hen in 1 gram aarde, tot 39 biljoen leven in ons lichaam. Ze zijn te vinden op de bodem van de Marianentrog, in hete "zwarte rokers" op de bodem van de oceanen, in het ijs van Antarctica, en je hebt momenteel tot 10 miljoen bacteriën aan je handen.
De waarde is onmiskenbaar
Ondanks hun microscopische grootte (0,5-5 micron), is hun totale biomassa op aarde groter dan de biomassa van dieren en planten samen. Hun rol in de circulatie van stoffen is onvervangbaar en hun eigenschappen van consumenten (vernietigers van organisch materiaal) laten niet toe dat de planeet wordt bedekt met bergen lijken.
En vergeet ziekteverwekkers niet: pest, pokken, syfilis, tuberculose en vele andere infectieziekten worden ook veroorzaakt door bacteriën.
Bacteriën hebben toepassing gevonden in menselijke economische activiteit. Van de voedingsindustrie (zure melkproducten, kazen, ingemaakte groenten, alcoholische dranken), de groene economie (biobrandstoffen en biogas) tot celengineeringmethoden en de productie van medicijnen (vaccins, serums, hormonen, vitamines).
Algemene morfologie
Zoals eerder vermeld, hebben deze eencellige vertegenwoordigers van het leven geen kern, hun erfelijk materiaal (DNA-moleculen in de vorm van een ring) bevinden zich in een bepaald gebied van het cytoplasma (nucleoïde). Hun cel heeft een plasmamembraan eneen dichte capsule gevormd door de peptidoglycan mureïne. Van de celorganellen hebben bacteriën mitochondriën, er kunnen chloroplasten en andere structuren zijn met verschillende functies.
De meeste bacteriën zijn flagellen. De strakke capsule op het oppervlak van de cel voorkomt dat ze kunnen bewegen door de cel zelf te veranderen, zoals amoeben doen. Hun flagellen zijn dichte eiwitformaties van verschillende lengtes en een diameter van ongeveer 20 nm. Sommige bacteriën hebben een enkele flagellum (monotrich), terwijl andere er twee hebben (amfitrichous). Soms zijn flagellen gerangschikt in bundels (lophorichous) of bedekken ze het hele oppervlak van de cel (peritrichous).
Veel van hen leven als afzonderlijke cellen, maar sommige vormen clusters (paren, kettingen, filamenten, hyfen).
Bewegingsfuncties
Flagellaire bacteriën kunnen zich op verschillende manieren verplaatsen. Sommigen bewegen alleen vooruit en veranderen van richting door te tuimelen. Sommige kunnen trillen, terwijl andere bewegen door te schuiven.
Bacteriële flagella functioneert niet alleen als een cellulaire "riem", maar kan ook een "instaphulpmiddel" zijn.
Tot voor kort geloofde men dat de flagellum van een bacterie kwispelt als de staart van een slang. Recente studies hebben aangetoond dat het flagellum van bacteriën veel gecompliceerder is. Het werkt als een turbine. Bevestigd aan de aandrijving, draait deze in één richting. De drive, of flagellaire motor van bacteriën, is een complexe moleculaire structuur die werkt als een spier. Met dit verschil dat de spier zich moet ontspannen na samentrekking en de bacteriële motor constant werkt.
Nanomechanisme van het flagellum
Zonder in te gaan op de biochemie van beweging, merken we op dat tot 240 eiwitten betrokken zijn bij het creëren van de flagellum-aandrijving, die zijn onderverdeeld in 50 moleculaire componenten met een specifieke functie in het systeem.
In dit voortstuwingssysteem van bacteriën is er een rotor die beweegt en een stator die voor deze beweging zorgt. Er is een aandrijfas, bus, koppeling, remmen en gaspedaal
Met deze miniatuurmotor kan een bacterie in slechts 1 seconde 35 keer zijn eigen grootte reizen. Tegelijkertijd, het werk van het flagellum zelf, dat 60 duizend omwentelingen per minuut maakt, besteedt het lichaam slechts 0,1% van alle energie die de cel verbruikt.
Het is ook verrassend dat de bacterie alle onderdelen van zijn voortstuwingsmechanisme "onderweg" kan vervangen en repareren. Stel je voor dat je in een vliegtuig zit. En technici wisselen de bladen van een draaiende motor.
Flagella vs Darwin
Een motor die kan draaien met snelheden tot 60.000 tpm, zelfstartend is en alleen koolhydraten (suiker) als brandstof gebruikt, met een apparaat dat lijkt op een elektromotor - zou zo'n apparaat geëvolueerd kunnen zijn?
Dit is de vraag die Michael Behe, PhD, zichzelf in 1988 stelde. Hij introduceerde in de biologie het concept van een onherleidbaar systeem - een systeem waarin alle onderdelen ervan tegelijkertijd nodig zijn om de werking ervan te verzekeren, en de verwijdering van zelfseen deel leidt tot een volledige verstoring van de werking ervan.
Vanuit het standpunt van Darwins evolutie vinden alle structurele veranderingen in het lichaam geleidelijk plaats en alleen succesvolle worden geselecteerd door natuurlijke selectie.
M. Behe's conclusies, uiteengezet in het boek "Darwin's Black Box" (1996): de motor van een flagellated bacterie is een ondeelbaar systeem van meer dan 40 onderdelen, en de afwezigheid van ten minste één zal leiden tot een volledige non-functionaliteit van het systeem, wat betekent dat dit systeem niet door natuurlijke selectie tot stand had kunnen komen.
Balsem voor creationisten
De scheppingstheorie zoals gepresenteerd door de wetenschapper en professor in de biologie, decaan van de Faculteit Biologische Wetenschappen aan de Lehigh University of Bethlehem (VS) M. Behe trok onmiddellijk de aandacht van kerkministers en aanhangers van de theorie van de goddelijke oorsprong van het leven.
In 2005 was Behe zelfs getuige van een rechtszaak in de Verenigde Staten, waar Behe getuige was van de aanhangers van de theorie van "intelligent design", die de introductie van de studie van creationisme in de scholen van Dover in de cursus "Over panda's en mensen." Het proces ging verloren, het onderwijzen van een dergelijk onderwerp werd erkend als in strijd met de huidige grondwet.
Maar het debat tussen creationisten en evolutionisten gaat vandaag door.
