Η ανάπτυξη της μικροβιολογίας έχει φέρει πολλές ανακαλύψεις τις τελευταίες δεκαετίες. Και ένα από αυτά είναι οι ιδιαιτερότητες της κίνησης των μαστιγωτών βακτηρίων. Ο σχεδιασμός των μηχανών αυτών των αρχαίων οργανισμών αποδείχθηκε πολύ περίπλοκος και, σύμφωνα με την αρχή της εργασίας τους, είναι πολύ διαφορετικός από τα μαστίγια των πλησιέστερων ευκαρυωτικών συγγενών μας των πρωτόζωων. Ο κινητήρας του βακτηρίου των μαστιγωτών υπήρξε η πιο καυτή διαμάχη μεταξύ δημιουργιστών και εξελικτικών. Σχετικά με τα βακτήρια, τους μαστιγωτούς κινητήρες τους και πολλά άλλα - αυτό το άρθρο.
Γενική βιολογία
Για αρχή, ας θυμηθούμε τι είδους οργανισμοί είναι και τι θέση κατέχουν στο σύστημα του οργανικού κόσμου στον πλανήτη μας. Η περιοχή των βακτηρίων ενώνει έναν τεράστιο αριθμό μονοκύτταρων προκαρυωτικών (χωρίς σχηματισμένο πυρήνα) οργανισμών.
Αυτά τα ζωντανά κύτταρα εμφανίστηκαν στη σκηνή της ζωής σχεδόν πριν από 4 δισεκατομμύρια χρόνια και ήταν οι πρώτοι άποικοι του πλανήτη. Αυτοί είναιμπορεί να έχει διάφορα σχήματα (κόκκοι, ράβδοι, vibrios, σπειροχαίτες), αλλά τα περισσότερα από αυτά είναι μαστίγια.
Πού ζουν τα βακτήρια; Παντού. Υπάρχουν περισσότερα από 5×1030 στον πλανήτη. Υπάρχουν περίπου 40 εκατομμύρια από αυτά σε 1 γραμμάριο εδάφους, έως και 39 τρισεκατομμύρια ζουν στο σώμα μας. Μπορούν να βρεθούν στον πυθμένα της τάφρου των Μαριανών, σε καυτούς «μαύρους καπνιστές» στον πυθμένα των ωκεανών, στους πάγους της Ανταρκτικής και αυτή τη στιγμή έχετε έως και 10 εκατομμύρια βακτήρια στα χέρια σας.
Η τιμή είναι αναμφισβήτητη
Παρά το μικροσκοπικό τους μέγεθος (0,5-5 μικρά), η συνολική βιομάζα τους στη Γη είναι μεγαλύτερη από τη βιομάζα των ζώων και των φυτών μαζί. Ο ρόλος τους στην κυκλοφορία των ουσιών είναι αναντικατάστατος και οι ιδιότητες των καταναλωτών (καταστροφείς οργανικής ύλης) δεν επιτρέπουν στον πλανήτη να καλυφθεί με βουνά από πτώματα.
Και μην ξεχνάτε τα παθογόνα: η πανώλη, η ευλογιά, η σύφιλη, η φυματίωση και πολλές άλλες μολυσματικές ασθένειες προκαλούνται επίσης από βακτήρια.
Τα βακτήρια έχουν βρει εφαρμογή στην ανθρώπινη οικονομική δραστηριότητα. Ξεκινώντας από τη βιομηχανία τροφίμων (ξινόγαλα, τυριά, τουρσί, αλκοολούχα ποτά), την πράσινη οικονομία (βιοκαύσιμα και βιοαέριο) έως τις μεθόδους κυτταρικής μηχανικής και την παραγωγή φαρμάκων (εμβόλια, οροί, ορμόνες, βιταμίνες).
Γενική μορφολογία
Όπως ήδη αναφέρθηκε, αυτοί οι μονοκύτταροι εκπρόσωποι της ζωής δεν έχουν πυρήνα, το κληρονομικό τους υλικό (μόρια DNA με τη μορφή δακτυλίου) βρίσκεται σε μια συγκεκριμένη περιοχή του κυτταροπλάσματος (νουκλεοειδές). Το κύτταρο τους έχει πλασματική μεμβράνη καιμια πυκνή κάψουλα που σχηματίζεται από τη μουρεΐνη πεπτιδογλυκάνης. Από τα κυτταρικά οργανίδια, τα βακτήρια έχουν μιτοχόνδρια, μπορεί να υπάρχουν χλωροπλάστες και άλλες δομές με διάφορες λειτουργίες.
Τα περισσότερα βακτήρια είναι μαστίγια. Η σφιχτή κάψουλα στην επιφάνεια του κυττάρου τα εμποδίζει να μετακινηθούν αλλάζοντας το ίδιο το κύτταρο, όπως κάνουν η αμοιβάδα. Τα μαστίγια τους είναι πυκνοί σχηματισμοί πρωτεΐνης διαφόρων μηκών και διαμέτρου περίπου 20 nm. Μερικά βακτήρια έχουν ένα μόνο μαστίγιο (μονότριχο), ενώ άλλα έχουν δύο (αμφιτρίχια). Μερικές φορές τα μαστίγια είναι διατεταγμένα σε δέσμες (λοφότριχια) ή καλύπτουν ολόκληρη την επιφάνεια του κυττάρου (περιτριχώδη).
Πολλά από αυτά ζουν ως μεμονωμένα κύτταρα, αλλά μερικά σχηματίζουν συστάδες (ζεύγη, αλυσίδες, νήματα, υφές).
Λειτουργίες κίνησης
Τα βακτήρια των μαστιγίων μπορούν να κινηθούν με διαφορετικούς τρόπους. Μερικοί κινούνται μόνο προς τα εμπρός, και αλλάζουν κατεύθυνση ποδοπατώντας. Μερικά έχουν τη δυνατότητα να συσπώνται, ενώ άλλα κινούνται συρόμενα.
Το βακτηριακό μαστίγιο λειτουργεί όχι μόνο ως κυτταρικό "κουπί", αλλά μπορεί επίσης να είναι ένα εργαλείο "επιβίβασης".
Μέχρι πρόσφατα, πίστευαν ότι το μαστίγιο ενός βακτηρίου κυματίζει σαν την ουρά του φιδιού. Πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι το μαστίγιο των βακτηρίων είναι πολύ πιο περίπλοκο. Λειτουργεί σαν τουρμπίνα. Προσαρτημένο στη μονάδα δίσκου, περιστρέφεται προς μία κατεύθυνση. Η κίνηση, ή ο μαστιγωτός κινητήρας των βακτηρίων, είναι μια σύνθετη μοριακή δομή που λειτουργεί σαν μυς. Με τη διαφορά ότι ο μυς πρέπει να χαλαρώσει μετά τη σύσπαση και ο βακτηριακός κινητήρας λειτουργεί συνεχώς.
Νανομηχανισμός του μαστιγίου
Χωρίς να εμβαθύνουμε στη βιοχημεία της κίνησης, σημειώνουμε ότι έως και 240 πρωτεΐνες εμπλέκονται στη δημιουργία της κίνησης των μαστιγίων, οι οποίες χωρίζονται σε 50 μοριακά συστατικά με μια συγκεκριμένη λειτουργία στο σύστημα.
Σε αυτό το σύστημα πρόωσης βακτηρίων, υπάρχει ένας ρότορας που κινείται και ένας στάτορας που παρέχει αυτή την κίνηση. Υπάρχει άξονας μετάδοσης κίνησης, δακτύλιος, συμπλέκτης, φρένα και γκάζι
Αυτός ο μικροσκοπικός κινητήρας επιτρέπει σε ένα βακτήριο να ταξιδέψει 35 φορές το μέγεθος του σε μόλις 1 δευτερόλεπτο. Ταυτόχρονα, το έργο του ίδιου του μαστιγίου, που κάνει 60 χιλιάδες περιστροφές το λεπτό, το σώμα ξοδεύει μόνο το 0,1% όλης της ενέργειας που καταναλώνει το κύτταρο.
Είναι επίσης εκπληκτικό το γεγονός ότι το βακτήριο μπορεί να αντικαταστήσει και να επισκευάσει όλα τα μέρη του μηχανισμού πρόωσής του «εν κινήσει». Απλά φανταστείτε ότι βρίσκεστε σε ένα αεροπλάνο. Και οι τεχνικοί αλλάζουν τις λεπίδες ενός κινητήρα που λειτουργεί.
Flagella vs Darwin
Μηχανή ικανή να λειτουργεί σε ταχύτητες έως 60.000 σ.α.λ., με αυτόματη εκκίνηση και να χρησιμοποιεί μόνο υδατάνθρακες (ζάχαρη) ως καύσιμο, με συσκευή παρόμοια με ηλεκτρικό κινητήρα - θα μπορούσε μια τέτοια συσκευή να έχει εξελιχθεί;
Αυτή είναι η ερώτηση που έκανε ο Michael Behe, PhD, στον εαυτό του το 1988. Εισήγαγε στη βιολογία την έννοια ενός μη αναγώγιμου συστήματος - ενός συστήματος στο οποίο όλα τα μέρη του είναι ταυτόχρονα απαραίτητα για να εξασφαλιστεί η λειτουργία του και η αφαίρεση ακόμη καιένα μέρος οδηγεί σε πλήρη διακοπή της λειτουργίας του.
Από τη σκοπιά της εξέλιξης του Δαρβίνου, όλες οι δομικές αλλαγές στο σώμα συμβαίνουν σταδιακά και μόνο οι επιτυχημένες επιλέγονται από τη φυσική επιλογή.
Τα συμπεράσματα του M. Behe, που εκτίθενται στο βιβλίο "Darwin's Black Box" (1996): ο κινητήρας ενός μαστιγωμένου βακτηρίου είναι ένα αδιαίρετο σύστημα με περισσότερα από 40 μέρη και η απουσία τουλάχιστον ενός θα οδηγήσει σε μια πλήρης μη λειτουργικότητα του συστήματος, που σημαίνει ότι αυτό το σύστημα δεν είναι θα μπορούσε να έχει προκύψει μέσω της φυσικής επιλογής.
Balm for Creationists
Η θεωρία της δημιουργίας όπως παρουσιάστηκε από τον επιστήμονα και καθηγητή βιολογίας, κοσμήτορα της Σχολής Βιολογικών Επιστημών στο Πανεπιστήμιο Lehigh της Βηθλεέμ (ΗΠΑ) M. Behe τράβηξε αμέσως την προσοχή των λειτουργών της εκκλησίας και των υποστηρικτών της η θεωρία της θεϊκής προέλευσης της ζωής.
Το 2005, ο Behe έγινε μάρτυρας σε μια αγωγή στις Ηνωμένες Πολιτείες, όπου ο Behe ήταν μάρτυρας από τους υποστηρικτές της θεωρίας του «ευφυούς σχεδιασμού», που εξέτασαν την εισαγωγή της μελέτης του δημιουργισμού στο σχολεία του Ντόβερ στο μάθημα «Σχετικά με τα πάντα και τους ανθρώπους». Η διαδικασία χάθηκε, η διδασκαλία ενός τέτοιου μαθήματος αναγνωρίστηκε ως αντίθετη με το ισχύον σύνταγμα.
Αλλά η συζήτηση μεταξύ δημιουργιστών και εξελικτικών συνεχίζεται σήμερα.
