Развитието на микробиологията донесе много открития през последните десетилетия. И една от тях са особеностите на движението на бичукови бактерии. Дизайнът на двигателите на тези древни организми се оказа много сложен и според принципа на тяхната работа е много различен от флагелите на нашите най-близки еукариотни роднини на протозоите. Двигателят на флагелатната бактерия е най-горещата полемика между креационисти и еволюционисти. За бактериите, техните флагелни двигатели и много други - тази статия.
Обща биология
За начало нека си припомним какви организми са и какво място заемат в системата на органичния свят на нашата планета. Доменът на бактериите обединява огромен брой едноклетъчни прокариотни (без образувано ядро) организми.
Тези живи клетки се появиха на сцената на живота преди почти 4 милиарда години и бяха първите заселници на планетата. Те самогат да бъдат с различни форми (коки, пръчки, вибриони, спирохети), но повечето от тях са флагели.
Къде живеят бактериите? Навсякъде. Има повече от 5×1030 на планетата. Има около 40 милиона от тях в 1 грам почва, до 39 трилиона живеят в тялото ни. Те могат да бъдат намерени на дъното на Марианската падина, в горещи „черни пушачи“на дъното на океаните, в леда на Антарктида и в момента имате до 10 милиона бактерии в ръцете си.
Стойността е неоспорима
Въпреки микроскопичния им размер (0,5-5 микрона), тяхната обща биомаса на Земята е по-голяма от биомасата на животните и растенията взети заедно. Ролята им в циркулацията на веществата е незаменима, а свойствата им на консуматори (разрушители на органични вещества) не позволяват планетата да бъде покрита с планини от трупове.
И не забравяйте за патогените: чума, едра шарка, сифилис, туберкулоза и много други инфекциозни заболявания също се причиняват от бактерии.
Бактериите са намерили приложение в човешката икономическа дейност. Започвайки от хранително-вкусовата промишленост (кисели млечни продукти, сирена, кисели зеленчуци, алкохолни напитки), зелената икономика (биогорива и биогаз) до методите за клетъчно инженерство и производството на лекарства (ваксини, серуми, хормони, витамини).
Обща морфология
Както вече споменахме, тези едноклетъчни представители на живота нямат ядро, техният наследствен материал (молекулите на ДНК под формата на пръстен) се намират в определена област на цитоплазмата (нуклеоид). Тяхната клетка има плазмена мембрана иплътна капсула, образувана от пептидогликан муреин. От клетъчните органели, бактериите имат митохондрии, може да има хлоропласти и други структури с различни функции.
Повечето бактерии са флагели. Стегнатата капсула на повърхността на клетката не им позволява да се движат, като променят самата клетка, както правят амебите. Техните флагели са плътни протеинови образувания с различна дължина и диаметър около 20 nm. Някои бактерии имат един флагел (монотрихи), докато други имат два (амфитрихи). Понякога жгутиците са подредени в снопчета (лофотрихи) или покриват цялата повърхност на клетката (перитрихи).
Много от тях живеят като единични клетки, но някои образуват групи (двойки, вериги, нишки, хифи).
Характеристики на движение
Бактериите на флагела могат да се движат по различни начини. Някои се движат само напред и променят посоката, като се преобръщат. Някои са способни да потрепват, докато други се движат чрез плъзгане.
Бактериалните жгутици функционират не само като клетъчен "гребло", но може да бъде и инструмент за "бордиране".
Доскоро се смяташе, че флагелът на бактерията се размахва като опашка на змия. Последните проучвания показват, че флагелът на бактериите е много по-сложен. Работи като турбина. Прикрепен към задвижването, той се върти в една посока. Задвижването или флагеларен двигател на бактериите е сложна молекулярна структура, която работи като мускул. С тази разлика, че мускулът трябва да се отпусне след контракция, а бактериалният мотор работи постоянно.
Наномеханизъм на флагела
Без да навлизаме в биохимията на движението, отбелязваме, че до 240 протеина участват в създаването на флагела, които са разделени на 50 молекулярни компонента със специфична функция в системата.
В тази задвижваща система от бактерии има ротор, който се движи, и статор, който осигурява това движение. Има задвижващ вал, втулка, съединител, спирачки и ускорители
Този миниатюрен двигател позволява на бактерията да пътува 35 пъти повече от собствения си размер само за 1 секунда. В същото време, работата на самия флагел, който прави 60 хиляди оборота в минута, тялото изразходва само 0,1% от цялата енергия, която клетката консумира.
Изненадващо е също, че бактерията може да замени и поправи всички части на своя задвижващ механизъм "в движение". Просто си представете, че сте в самолет. И техници сменят лопатките на работещ мотор.
Флагела срещу Дарвин
Двигател, способен да работи при скорости до 60 000 оборота в минута, самозапалващ се и използващ само въглехидрати (захар) като гориво, имащ устройство, подобно на електрически двигател - възможно ли е такова устройство да е еволюирало?
Това е въпросът, който д-р Майкъл Бехе си зададе през 1988 г. Той въвежда в биологията концепцията за нередуцируема система - система, в която всички нейни части са необходими едновременно за осигуряване на нейното функциониране и премахването на дориедна част води до пълно нарушаване на функционирането му.
От гледна точка на еволюцията на Дарвин, всички структурни промени в тялото настъпват постепенно и само успешните се избират чрез естествен подбор.
Заключенията на М. Бехе, изложени в книгата "Черната кутия на Дарвин" (1996): двигателят на бичуковата бактерия е неделима система от повече от 40 части и отсъствието на поне една ще доведе до пълна нефункционалност на системата, което означава, че тази система не би могла да възникне чрез естествен подбор.
Балсам за креационистите
Теорията на сътворението, представена от учения и професор по биология, декан на Факултета по биологични науки на Университета Лихай във Витлеем (САЩ) М. Бехе веднага привлече вниманието на църковните служители и поддръжниците на теорията за божествения произход на живота.
През 2005 г. Бехе дори стана свидетел на съдебно дело в Съединените щати, където Бехе беше свидетел от привържениците на теорията за "интелигентния дизайн", която разглеждаше въвеждането на изследването на креационизма в училища в Дувър в курса "За пандите и хората". Процесът беше загубен, преподаването на такъв предмет беше признато за противоречащо на действащата конституция.
Но дебатът между креационисти и еволюционисти продължава и днес.
